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~1~
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
Facultad de Ciencias Físicas
Departamento de Física de Materiaies
BIBLIOTECA UCM
5304747928
CARACTERIZACION ELECTRICA DEPELíCULAS DELGADAS DE S¡0~
MEDIANTE ESPECTROSCOPIA DEELECTRONES AUGER
NY REOIsTn~
Antonio Jesús de Castro González
UN~VER.;flAQ CCS’t’ cM3: ID
FtCULrAD flEO1. i,
REGISTRO D~M_RISLICJT¿CA
Madrid, 1993
Este es un facsiñ,iI autorizado y ha sido reproducidopar el Servicio de Reprografla de la Editorial
de la Universidad Complutense de Madrid en 1993
Colección Tesis Doctorales. NY 91/93
© Antonio Jesús de Castro González
Edita e imprime la Editorial de la UniversidadComplutense de Madrid. Servicio de Reprogratia.Escuela dé Estomatología. Ciudad Universitaria.Madrid,1993. 14; YRicoh 3700 -
Depósito Legal: M-12286-1993
La Tesis Doctoral de D. . JQt~XQJESUSS8SI5Q...
Titulada CARACTERIZACION ELECTRICA DE PE~I~SDELGADAS DE SiOzMEPIANTE ESPECTROCOPIA DE ELECTRONES~1JGF1?,Director Dr. D. ~BL~EDfS.FfBNANDEZ.BDDBIGUEZ
fue leída en la Facultad de ..PC..EISICE’Sde la UNIVERSIDAD COWLUIENSEDE MORID, el dia .~-?a. -
de marzo de 19 ~?.., ante el tribunal
constituido por los siguientes Profesares:
PRESIDENTE JAVIER PIQUERAS DE NORIEGA
VOCAL ARTURO RARO VIDAL
VOCAL JOSE L. SACEDONADELANTADO
VOCAL ~
SECRETARIO •. ~J95P.k. Y~p~t~T.kQeI~
habiendo recirdo la calificación de ~A-./Lk
Madrid, a j2.. de ~ í~<72EL SECRETARIODEL T8IB1JNAL.
UNIVERSIDAfl COMPLUTENSE DE MADRIDFACULTAD DE CIENCIAS FISICAS
DEPARTiQIENTO DE FíSICA DE MATERIALES
Caracterizacióneléctricade películasdelgadasde SiO., medianteespectroscopiade electronesAuger
Tesisparaoptaral gradode
DOCTOREN CIENCIAS flSICAS
presentadapor
ANTONIO JESUSDE CASTRO GONZALEZ
y dirigida por la Dra. MercedesFerndndezRodríguez.
INSTITUTO DE CIENCIA DE MATERIALES DE MADRID
(C.S.I.C.)
Nfadrid,1992
A mix podres
- De Caus sabía oauv bien que si se co~e un recipiente. se llena de agua se cien, por ¡mb.aunque luego se pncsique un onfic,o en el fondo. el armas ya eso sak. Pero si también se haceun orificio arriba, el agua dcflssye o brota por abajo
- ¿No es obvio? prepnsé- En el segundo case, entra el aire por arriba y empuja el agua hacia abajo
-Típica explicación cienuifisen, donde se confunde la causa con el eferw. o viceversa. No hay quepreeuntarse por qué sale el agua en ej segundo caso, s¡no por qué se niega a salir en el primero.
¿Y por qué se ojega? preguntó ansioso Carameod.
?orque si saliese quedaría un vacío dr.. el recipiente, y la na¡w-alecc ir ¡lene horror al vacío.
Nequaquam vectijera un principio rOsicruciano, que la ciencia moderna ha olvidado.
(Umberto Eco. E! Ptndu!o de FoacoW:}
Agradecimientos.
En primerlugar, quiero agradecera la Dra. MercedesFernándezladirecciónde
estatesis, no sólo desdeel puntode vista cieí,tíñco, sinotambiéndesdeesareferencia
que suponesan apoyo moral, y que ha consegsíidoque trabajarcon ella haya sido
realmenteagradable.
Porsupuesto,tengoque dar lasgraciasal Prof. JoséLuis Sacedón,portodassus
sugerencias,y por el nterésqueha desnoscradosiemprepor estetrabajo.
Dar lasgraciasal Dr. JoséAnguila, del C.N.NI., quemeproporcionópartedelas
muestrasutilizadasen este trabajo.
Quieroagradecerigualmeníeal Dr. J. Serna,queamablementeha presentadoesta
memoriaen la Facultad.
Tambiéntengo que agradeceral Dr. Enrique Niasarer, directorde la sede A del
Instituto de Cienciade Materiales,porhaberpuesloami disposicióntodos los medios
malerialesdel mismo.Quierohacerexíensívoesteagradecimientoa lodo el personal
del Instituto que, duranteestosaños, ha participadode algúnmodo en la realización
de la tesis.
Este trabajo ha podido llevarse a cabograciasa la colaboracióndeunaseriede
personas,quequierotraerahoraaestapáeina.GraciasaArmandoGómezy Armando
Martínez.que hanllevadoacabola aulos,íatizacióndelequipode medida.A Fernando
Rodrituez,que sigue empeñadoen explicarmeque un ch¡p es algo más queuna
cucarachacon muchas patas. A EdísardoSaníamera,que: se ha encargadodel
mantenimientodel microscopio,x porotro lado ha sido mi apoyoen la lucha contra
la cinvasiónmerengue’.Y, porOrden de aparición, a: Jesús,Nacho, María, Lydia,
Tefesa, Nl. Antonia, Jose A., mvi. Nacho, Jose C. y Jorge, que han formado y
formanel colectivode bekarios.Graciaspor todasvuestrassugerencias<lascientíficas
y lasotras),quehanayudadode forma isssporíaníea queestatesis sepudieraterminar.
Quierodarlas 2racsasaCristina,poresascharlassiaravillosassobrefísica queme
•ha ajuantado,poniendoesasganasclise algísnasveceshan faltado. Gracias a mis
amigos,pore! apoyoquehe enconírada~rlellos. A toda mi familia, porestarsiempre
allí.
~1uchasgracias,de verdad.
Por sjllisno. yen un acto de e¡olasri-,, pesjue4iso. n,e ursjatcO :s mi mismo el poner, por fin!, este punto final.
Indice.
1 INTRODUCCION
1.1 Efectosde radiaciónen películasdelgadasde SiO,, 1
1.2 Referencias,10
2 DESARROLLOEXPERIMENTAL 12
2.1 Espectroscopiadc electronesAuger, 12
2.1.1 El efectoAuger, 12
2.1.2 EspectroscopiadedestronesAuger(ABS), 13
2.1.3 Aplicación de ABS ala caracterizacióneléctrica,15
2.2 Descripcióndelsistemaexperimental,19
2.2.1 Sistemade vacío,20
2.2.2 Microscopiaelectrónica,21
2.2.3 Espectroscopiade electronesAuger, 23
2.3 Descripciónde las muestras,25
2.3.1 Oxinitrurosde silicio, 25
2.3.2 Oxidos desilicio, 26
2.4 Métodosde medida,28
2.4.1 Métododelmínimo, 29
2.4.2 Métodode la pendiente,33
2.5 Referencias,39
3 CARACTERIZACION ELECTRICA AUGER 41
3.1 CaracterizaciónAuger a 1 kv, 41
3.1.1 Introducción,41
3.1.2 CaracterizaciónAuger: comprobacióndel método,43
3.1.3 Análisis de la dispersiónde los resultados.51
3.2 Dependenciade los desplazamientoscon la energíadelhaz. -
Formalismode termalización,54
3,2.1 Termalizaciónelectrónica,54
3,2.2 Cálculodel flujo de electronesterínalizados,58
3.2.3 Cálculodel potencialde superficie.66
3.2.4 Aplicaci¿ndelmnodel¿,68< - - -
3.3 Referencias,‘74
4 PROCESOSDE NITRURACION
4,1 Nitruraciónde películasdelgadas’de SiO., 77 --
4.1.1 Introducción,77
4.1.2 Propiedadeselécfrkasde los oxinitruros desilici¿. 82
4.2 CaracterlúciónAu~r depelículasdel~adasdeoxiitrúrode silicio, 83
4.2.1 Análisisde la composiciónquímica,84 -
4.2.2. CaracterizaciónAugerel~ctrica,’86
4.3 Referencias,92
5 GENERACION DE CARGA POSInvAINDUCmA POR
EL HAZ DE ELECTRONES
5.1 Generaciónde cargapositiva, 95
5.1.1 Introducción, 95
5.1.2 Dependenciade los desplazamientoscon ely la energíadel hazde electrones,100
5.2 Modelo degeneraciónde cargapositiva, III
5.3 Referencias,120
.77
95
espesorde óxido
1236 TRATAMIENTOS TERMICOS
6.1 Introducción, 123 . - -
6.2Caracíerizaciónde las muestrastratadas,125
6.2.1 CaracterizaciónAugerde composiciónquímica. 125
6.2.2 CaracterizacióneléctricaAuger. Trampasdeelectrones,131
6.2.3 CaracterizacióneléctricaAuger. Generacióndecargapositiva, 136
6.3 Referencias,143
1 CONCLUSIONES GENERALES 145
1
Introducción.
1.1 EFECTOS DE RADL4CION EN PELÍCULAS DELGADAS DE SiO,.
Desdeque en 1959 fue propuestapor primera vez por Molí1 y por Pfann y
Garrettt la estructurametal-óxido-semiconductorse ha convenidoen el elemento
básicodel desarrollode la tecnologíadel silicio en el áreade la Microelectrónica,
como fundamentode los transistoresde efectocampo(MOSFBT). La tendenciaen
esteáreahaciala muy alta escalade integración (VLSI) mantieneactualmentee’
interésde estaestructuraenel punto de mirade grannúmerode trabajosenfocados
al estudio de sus característicaseléctricas.En la figura 1.1 se presentael diagrama
esquemáticode un transistorMOSFET, así como la estructurade bandasde un
sistemametal-óxido-semiconductorideal, cuandoel voltageaplicadoal contacto de
puerta es V0=0. Unadescripcióndetalladade los principios de estetransistorse
puedeencontrarenla referencia3.
El voltajeumbral queesnecesarioaplicar a la puertaparaque empiecea circular
corrientepor la zonade deplexión(canal)viene dadopor
2m4e~. V4ceN44aco
dondes es la constantedieléctricadel óxido. la capacidadde la estructuraMas.
la diferenciaentreel nivel de Fermi EF y el nivel de Permi intrínseco E~ (ver
figura 1.1), y AlA el dopajedel sustratode silicio.
¡acuto, LCVCL
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- suegrRA’t ¡LAS>
Figura 1.a~ Esquema de un $055!?, y estructuraideal de bandas asociada <tomado de ret.Jl.
Sin embaigo;la situación física real que se planteaes bastantemás compleja.
Normalmente,la diferencia entrelas fljncioÉs de trabajodd metal. ~m’ y del
semiconductorV4~,(que es cero parael casode un MOS ideal), esdistinta de cero,
y además,dependedelgrado de dopadodelsemiconductor.Por otro lado, el óxido
de silicio crecido térmicamente,que se utiliza como óxido de púetta. presentaun
conjuntodediferentestiposde cargaseléctricasquetambiénafectanal voltajeuYnbral.
De esta manera,la ecuación<1.1) correspondienteal casoideal, se transformaen
2
-v (Li)
r T41~as~)
dondeQrepresentala carganetatotal en el óxido. Porlo tanto,la ecuación(1.2)pone
de manifiestola fuertedependenciaexistenteentrelascaracterísticaseléctricasdeun
sistemaMaS y el estadóde cargadel óxido. Según la terminologíacomúnmente
aceptada4,los diferentestipos de carga quepuedenestarpresentesenunapelícula
de 5i02 térmico
MCea1.
MC elLE l onic 7-Cace - FI ato exírE s;c5— — . CXA~GE it>>
EEE E’ E’ E>
IN7t!FACE 7P.CPPCD.MARGE>0;,>
Figura 1.2: Diferentes, tipos e. carga qIas aparecen enpelicuJas de Cacido de silicio térmico <tornado deraf.3>.
son:
a) Carga interfacial Q¡<. Se localiza en la intercar 5i02/Si, y dependede las
propiedadesde dicha intercara:para la superficie (lOO) del silicio, la densidadde
3
cargainterfacialesun ordende magnitudmenorquela correspondientea la superficie
(III). Normalmente, estacarga se minimiza con un recocidoen atmósferade
hidrógenoa 450W.
- b)Carñfija 2/Se localiza muy cercadela intercara,en&n-entorn&de30 A.
Generalmente,se tratadecargapositiva,y dependede la órien~aci6ndelsilicio y de
las cdndicione?déoxidacióny tratamientosde recocidoaplicados:-ValoresUpicó~de
la densidadQy son íO~~ cm2 para la cara(lOO), y 5l0~ cm2 para la cara(111).
e) Cargaiónica móvil Q,,>. Esta cargaestáasociadaa ionesalcalinos(Na,K) que
se incorporan a la película durante el procesode oxidación. Estos iones, en
condicionesde operacióna altatemperaturao alto voltajebias, puedendifundir por
la lámina aislante,causandoel deteriorode las propiedadesdel transistor.
-d) Cargaatrapadaen el óxido Qe,. Este tipo decargaestá-asociadaa defectosen
el SiO,. y sepuededistribuirentodo el volumendel-óxido. Se originaprincipalmente
al someterel MOS aalgúntipo de radiación(electrones,neutrones,ptotones,fotones)
o al aplicar camposeléctricosintensos.Puedetratarsede cargapositiva o negativa.
El conocimientode los efectosqueproducecualquier tipo de radiaciónen las
caracíer<síicaseléctricasy, consecuentemente,en el funcionamientode circuitos
basadcsen estructurasMOS esuna cuestiónde gran importancia.En aplicaciones
irdus;riales. espacialeso militares, los transistorespuedenestarexpuestosa gran
variedadde ambientesradiactivos. Por otra parte, en la tecnología-VLSI, ~ han
- incotéradoactualmenteal procesode fabricación de circuií¿s integ?adosdiversas
- técnicas(litografía mediantehaz de electroneso ra”os x. recocido-mediante-h~zde
4
electrones,metalizaciónmediantehazdeelectrones)que incluyenla radiacióndelos
componentescon diferentesfuentesde energía.
Históricamente,el casodel satélitedecomunicacionesnorteamericanoTelsiares
un ejemploclásicode cómopuedeafectarun ambienteradiactivoal funcionamiento-
delos circuitosbasadosen la tecnologíadesemiconductores.Estesatélitefue lanzado
al espacioen julio de 1962. Cinco mesesdespués,dejóderespondera los comandos
que se enviabandesde tierra. Un estudio posterior5 reveló que el fallo estuvo
relacionadoconla degradaciónsufridapor los transistoresbipolaresdetipo mesaque
componíanel sistemadecomandosduranteel pasodel satélitepor e’ cinturón de
- radiacióncósmicadeVanAlíen. Estefue el primerexperimentoenel quesepusieron
de manifiestolos efectosdela radiaciónsobrela superficiede los semiconductores.
Poco después,se realizarían los primeros experimentosutilizando transistores
MOSFE#, que mostraronigualmentela sensibilidadde estetipo de transistores(y
más concretamente,del óxido depuerta)a la radiación.
La degradacióndelaspropiedadesdelóxido desilicio estárelacionada,pues,con
el estadode cargadelmismo,siendolacomponenteQ0<el principalobjetodeatención
de estetrabajo.Un electrónmoviéndoseporel fondode la bandadeconduccióndel
510,, puede ser capturadoen niveles de energía situadosen la zona de energías
prohibida,y quehansido inducidospordefectoso impurezas.Nos vamosareferir a
estos defectoscomo trampas de electrones. La figura 1.3 muestraun esquema
ilustrativo del procesode capturade un electrón en el SiO-,. Una trampaviene
caracterizadapor su seccióneficazde capturao, quees una medidade la capacidad
5
e’
- -
-a e’ 1-
½ ¡- ~‘ £
‘MI=1 - --
52.NCZ -
02 - -
Fig,¿ra I.3r Saqucisa earnp’>fcadc dat procaao de- captura de un electrón en un ntvel sttu,do en la
zona de energiaa probibida del 510, <ref.~l.
del potencialasóciadoa la trampapara atraerun eiecttdi~y capturarloen un estado
ligado. La seccióneficaz froporcióna información del tipo de defecto que está
actuandocomocentrode capturadeelectronés.Otro parámetroimpdrtantea la hora
de éaracterizaruna tr=mpaes su densidadAl, represeñtaúvade su presenciaen el
matérial.La ~nayorpartedelos centrosde capturaenelSiOntienenseccioneseficaces
entré ~o-’~ y ío~19 cm2. que conéspondenacenirosde captura eiéctricámente
neutros - Los aiores de las densidadesdependenen gran medidadel procesode
oxidación tíosdiferentestratamientostérmicos& lésquehayasido dometidoel óxido.
Paramédiréstos centr&s de captura.es necesariointroducirelectroneslib tesque
puedanser atrapadosen los defectos- De esta !nanera. éstos cambian su estadode
darga. puedenser detectadasatravésde algunatécnicadecara¿terización¿léctrica.
6
El métodoconvencionalusadoesel de la inyeccióndeelectronespor avalancha8.La
figura 1.4 ilustraclaramentedichométodo. Aplicandoal sistemaun voltajeperiódico
(sinusoidal,cuadradoo endientedesierra)dealtafrecuencia,seconsigueel doblado
delas bandasdel silicio. Si el campoen el óxido es lo suficientementeintenso,se
produceunasituacióndedeplexiónde portadoresmayoritarios<huecosenel casode
un sustratop-Si) en la superficiedel semiconductor.Esta situaciónse alcanzaen el
tiempo í~ de la figura. Duranteel intervalodetiempo EA seproduceunasituaciónde
avalancha,dondelos electronesexcitadosde labandadevalenciadel semiconductor
a la bandadeconducciónson aceleradosporefectodelcampoeléctricoenla zonade
deplexiónhaciala intercara5i02/Si
fA
E55
FLAT SAnOS DEEPOEFtETIOH AVALANCHE
tb> <cl tdl
Figiara 1.4: $Étodo de inyección por avalanchatomado de la referencia al.
Partedeestoselectronesadquierensuficienteenergíacomopara superarlabarrera
rIELO IN OXIDE
A
~~:li TIME
t.o
Er~
7
de iotencialdejaintercara,y pasara la banda-deconduccióndel’SiO~. Enel óxido,
estosélectronesseternializanrápidamenteal fondodela bandad¿coalducciónenña
espesordeunos 30 A, mcr0iéndoseatravésdelóxido porefectodel campoelécúlco.
Estos¿léctrdnespuedenser capturadosdeacuerdoa unproceso’comoel descritoera-
ía figura 1.3:Unavezquesesuperael valor depico delcampoeléctricoexterno,la
avalan~hasé termina, completándoseel ciclo. Por lo tanto, jor cadauno de estos
ciclós, sein~ectaun pulsodeelectronesduranteel tiempotÁ• La distribucióndecarga
atrapadaenelóxido seponedemanifiestoexperimentalmentecomouádesplazamiento
de la característicaC-V del condensadorMOS, quese mide ainteÑalosregulares
durantela inyeccióndeelectrones.El métododeinyeccióndeelectrones,combinado
con el análisisde la característicaC-V, seha usadoampliaañenteenel estudiode los
procesosde acumulacióndecargaenel óxido de silicio932
Un ámbitobien diferentedel anteriorenel quecobratambiéngranimportanciael
estadodecargadelóxido,ocualquierotro dieléctrico,esel relacionadoconel estudio
de estetipo de materialesmediantetécnicasdeespectroscopiade superficie.Uno de
los principales problemasque se planteanen el análisis de películasdelgadasde
materiales aislantes mediante espectroscopiade electrones Auger o en la
espectroscopiade fotoemisión porrayosx, estárelacionadocon los efectosdecarga
inducidos porel haz deelectroneso la fuente de fotones.Estosefectosde cargase
manifiestanexperimentalmentecomodesplazamientosdela posiciónen energíade los
picosdel espectro,dificultando enalgunoscasossu identificación.
El objetivodelestudioquesepresentaen estamemoriaha sido relacionarestosdos
8
aspectosantenormenteexpuestos,utilizandocomotécnicadetrabajala espectroscopia
dc electronesAuger. El trabajorealizadoa tal efectose presentadesmalladoen los
siguientesapartados.Enel capítulo 2 se planteala utilización de la espectroscopfa
Auger, tradicionalmenteaplicadaen el análisisde composiciónquímica superficial,
como un método de caracterizacióneléctrica de películasdelgadasde materiales
aislantes.Se describeel sistemadeadquisicióndedatos,expresamentediseñadopara
podermedirel máximonúmerodetrampasposibles.Se establecela relaciónentrelos
los desplazamientosobservadosen los picosAugery lasvariacionesdelpotencialde
superficiedelóxido producidosporla distribucióndeelectronesatrapadosencentros
de captura.Asumiendounacinéticadel procesosemejantea la que seplanteaen el
métodoC-V, se obtienela identificaciónde los diferentescentros, a partir de sus
parámetroscaracterísticoso y Al. La influenciaen los procesode capturadedos
parámetrostan importantescomo son la energía primaria del haz de electrones
incidentey el espesorde óxido se analizaen el capítulo3, donde se desarrollaun
modelo teórico que predice los desplazamientosde la energíadel pico Augeren
función de ambosparámetros.El capítulo4 se dedicaa la aplicacióndelmétodode
medidaa la caracterizacióneléctricadepelículasdelgadasde oxinitrurosde silicio,
centrándosedemaneraespecialen los centrosde capturaque inducela presenciade
nitrógenoen la estructuradel 5i02. En el capllulo 5 se abordaci problemade la
generaciónde cargapositivaen el óxido desilicio, comprobándosequeestedañado
estádirectamenteinducidopor el propio haz de electrones.Se propone,además,un
sencillo modelo que intenta explicarel origen de estacomponentede carga. El
9
capítulo 6 estaráenfocadoa la influencia de los tratamientostérmicos a alta
temperaturaen lascaracterísticaseléctricasde la película,analizandosu incidencia
tanto enlos procesosdecapturaelectrónicacomoenla generacióndecargapositiva.
Las conclusionesmás importantes que se puedenextraerde esteestudio son,
finalmente,presentadasen el capítulo 7.
L2 REFERENCIAS.
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l1
2
Desarrolloexperimental.
2.1 ESPECTROSCOPIADE ELECTRONESAUGER.
2.1.1 El efectoAuger.
El efecto Auger, descubiertopor P. Auger era 1925’, consisteen laéinisión no
radiativadeunelectrónalproducirseun h’u¿coen un nivel interñodelátomo.Cuando
unamuestraesbombardeadaconun hazdeelectrones,éstecreavacantesenun nivel
internoE, de losátornos.Un electrónde un nivel E, caeparallenaresavacante,y la
energíade esteprocesodeestabilizaciónpuedeinvertirsede dos maneras(ver
figuFíZ.1): - - - --
a) Emisión de un fotón de rayos x (decaimientoradiativo), conunaenergía
- -- EtEA4Z)-Z>~2) - -. (2.1)
b) Transferenciadeestaenergíaaura electfónde un nivel E.. Si la energía
transferidaessuficiénte,est¿electrónsaldrádelsólido conunaeñergíacinética
= 4(Z) - 4(2) - E,,(Z’) - (2.2)
Este electrónse conocecomoelectrón Auger. La energíadel ni”el E2 debe
incluir unapequeña‘correcciónquetengaen cuentael hechode quelaposición
12
de los nivejesde energíacambia a] estar ci átomo ionizado,estadoen el
quese encuentracuandoel electrónAugerva aemuarse.
Para energíasde desexcitaciónmenoresde 2 kV, la probabilidadde que se
produzcael procesoAuger (7’) esprácticamentela unidad.Como notaciónhabitual,
la transiciónAuger descritaen la figura 2.1 sedenominaunatransiciónEJE,EZ del
elementoeracuestión.Todoslos elementosconZ >2presentantransicionesAugerera
un rangode energíasde O a 2000eV.
E.
Ev
x
Figura 2.1: Esqueaa da una transictan radiativa<a> y Auger tb>.
2.1.2 EspectroscopIade electronesAuger (AES)
Era 1953, Lander’ sugirió la utilizaciónde los electronesAuger comotdcnicapara
el estudio de superficies,idea que es recogidapor Harris’4, quientransformó un
13
equipode LEED convencionalen un equipode espectroscopiaAuger. Introdujo la
diferenciaciónmedianteun amplificadorlock-in delespectrode energíasrecogidoen
el analizador,lo quepermitía distinguir de unaforma mucho más clara los picos
Augerdel espectro.Era 1969, Palmbergy col.’ introdujeronel analizadorcilíndrico
CMA (Cylindrical Mirro; Analyseñ,quemejorade maneraconsidefablelarelación
señal-mido,dejandoestablecidala configuraciónbásicadela espectroscopia.Hoy en
día, la espectroscopiade electronesAugeresunadelas técnicasmás establecidasde
análisisde superficies’.
De las característicasmásimportantesde la espectroscopiaAuger, dossonlas que
más nos interesanenestetrabajo:
1.- La energíacinética-delos electronesAuger, dadaenlaecuación(2.2),
dependeexclusivamentedel elementoqueestemosanalizandoy delentorno
químico quele rod¿a. Por lo tanto, paraun elemento-dado,la posición
en energía de los picos Auger esfija.
2.- Los electronesAugersufrengrancantidaddeinteraccionesdetipo inelástico.
Por lo tanto, en el espectrode energíasólo contribuyenala formációndelpico
Augeraquelloselectronesprovenientesde los primeros5-30Á:-ia técnicadene
una alta sensibilidad superficial.
En relación con la primera de estascaracterísticas,uno de los problemasmás
típicos de la espectroscopiaapareceen eí estudiode materialesaislantes.En estos
materiales, se producen fenómenosde acumulaciónde carga’, que conllevan la
apariciónde camposeléctricosquedesplazanel espectrode electrones,dificultando
14
en ocasionesla identificaciónde los picos. Esta variación en la carganetadel óxido
origina unavariacióndelpotencialde superficiede la muestra.Si llamamos Vs a la
variacióndeestepotencialdesuperficie,laenergíacinéticadelelectrónAuger, dada
por la ecuación(2.2), severá modificadade la siguienteforma
= 4(2) - 4(2) -E¿Z~ - y (2.3)
dondela energíaviene expresadaen eV. El dítimo término de la ecuación(2.3)
correspondeal desplazamientoen energíade la posición del pico Auger. Como se
expondráen el apanadosiguiente,esprecisamenteel análisisdeestosdesplazamientos
lo que va a permitir estudiar los procesosde acumulaciónde cargaera películas
delgadasde materialesaislantes.
2.1.3 Aplicación deAES a la caracterizacióneléctrica.
Cuando se esnidia medianteAES una película delgadade un dieléctrico, se
observaun desplazamientodela posiciónenenergíasde los picosAugerenfunción
del tiempode irradiación.En la figura 2.2 semuestrael pico Augerderivado
correspondientea la transiciónKLL (272 eV) del carbonosuperficialen unapelícula
de SiO- de740 Á deespesor.El pico se registróa intervalosregularesde tiempo en
el mismopuntodelamuestra.El desplazamientoenenergíade laposicióndelmínimo
al final del experimentoes de 4 eV. Este desplazamientoestáoriginado por la
variación en el potencial de superficie de la muestracomo consecuenciade la
aparicióndecamposeléctricosasociadosauna variaciónde la carganetaen el óxido.
Comoya se señalóen la introducción,el SiO, presentadefectosestructuralesque
15
aculan comocentrosde capturaelectrónica.Estoscentrospuedenatipar aquellos
electronesdélhazprimario4uehayanperdidosuficienteenergíaporinteraccionescon
el sólidd,o ele&ronesgeneradosenla muestraporelpropiohaz.Estadistribuciónde
240 260 260 300
ENERGíA (eV)
Figura 2.2: Ceac.a:&tientos dei. picoc<xfl> en tuncitn ~e1 tiempo do....radiacidn. -
cargaatrapadageneraunadistribución de potenciala lo largodelespesordel óxido.
Parauna trampai de densidaden volumen N~ y seccióneficaz dc captura u,, - la
ecuaciónque nos da el ritmo de llenado delas trampases>’
16
dn, =N a(N —a)
dr ~‘‘ E
(2.4)
donde a, es la densidadde trampasllenascuandose ha inyectadounadensidadde
cargade N,~ electrones/cm2.Enestaformulaciónnosetieneenconsideraciónposibles
efectossimultáneosdedesocupaciónde las trampas.La integracióndela ecuación
(2.4) nos da la densidadde trampasocupadasera función de la densidadde carga
inyectada
= Al, —(2.5)
La figura 2.3 esunarepresentacióngráficadela ley exponencialdadaenla ecuación
(2.5).
c
N,,,, (cmfl
Figura 2.5’ Representación de lacinética de llenado de un. tra¿tlpa aeqOnla ecuación <2.S>
La distribución de potencial en el óxido asociada a la distribución de carga dada
lv
en la ecuación(2.5) se obtienepor integraciónde la correspondienteecuaciónde
Poisson
- - dW(z,N~,> — eN1 (í — e-~~~> (2.6)
- dz’ t
dondesehasupuestounadénsidadde trampasuniformeentodo el espesordelóxido.
e es la constantedieléctrica del aislante,y z es la coordenadaen la direccióndel
espesorde la lámina(z=0 correspondeala intercaraaislante/susrrato).Integrandodos
vecésla ecuación(2.6), y particularizandopara el espesordelóxido (zdj
eV ¿= — ¡ OX (í — e~Nw) (2.7)
U
La ecuación(2.7) representael potencialdesuperficie,y,, en unaláminade óxido
de espesord0, originado por la cinéticade llenado de la trampai. De una forma
general,esta ecuaciónse debeexpresarcomo una sumatoriaextendidaa todaslas
trampasque intervienenen los procesosdecaptura
1§(N.) = - r eN, (1 — (2.8>
U
E~ el capítulo 3. se asociaránlos desplazamientosde los picos Auger con
vanac:onesdelvoltajede superflciedebidosaprocesosde capturaelectrónicay, por
tanto. representadospor la ecuación(2.7). Una vez establecidaesta relación, se
podránobtenerlos parámetroscaracterísticosa y Al de las trampasinvolucradasa
partir del estudio de la cinética de estos desplazamientos.En definitiva, la
18
espectroscopiade electrones Auger, tradicionalmente relacionada con la
caracterizacióncomposicional,puede aplicarse o la caracterización eléctrica de
idminas delgadas de aislantes (determinacióndelos parámetroscaracterísticosdelos
centrosde captura).
2.2 DESCRIPCIONDEL SISTEMA EXPERIMENTAL
El trabajo experimentalpresentadoen estaTesis se ha llevado a cabo en ura
microscopiode barridoAuger(5AM) comercial, modelo JEOL-JAMPIOS.En este
tipo de equipo,secombinala espectroscopiadeelectronesAugerconla microscopia
debarrido, lo quepermitehaceranálisisdetipo local, ya que
- el hazprimario deelectronespuedefocalizarsemediantelentes magnéticashasta
un tamafiode50 ram.
al ser un microscopio de barrido, se puedelocalizardemaneraprecisael lugar
de la muestradonde sequiere realizarel análisis.
En la figura 2.4 sepresentaun esquemasimplificado delequipo,mientrasque la
figura 2.5 correspondeá un esquemamásdetalladode la obtenciónde un espectro
Augerderivado.
Las característicasmás importantes del sistema experimental se señalan a
continuación.
19
II0 íLVJ\lfl~
[A~JJ.IL
1 ½-j’--~12 U., ____
w-JP.gi.ra 2 4 Lsq’Jema básico dej.eq.,.po eXperuT~.nta1.
~1
LSÁW1 ~ni. FE~i~
—. -
rigure 2.5~ Zeqvema da la parteasociada a A55
2.2.1 Sistemade vacío.
Los experimentosse hanrealizadoen condicionesde ultra-alto-vacío(UHV), con
unapresiónbasede 4.l0~oTorr. (medidacon un manómetroBavard-Alpert) en la
cámarade análisis.Estascondicionesse consi2uenmediantela accióncombinadade
unabombaiónica (con unavelocidadde evacuaciónde 200 lIs) y unabombade
sublimacióndetitanio (1600 lIs). Adicionalmente,unasegundabombaiónica (32 lIs)
acula sobre la columnadel microscopio. La introducción de muestrasse realiza a
travésde unaprecámaraevacuadapor una bombacurbomolecular(110 lIs) apoyada
pér unabombarotatoria(1001/mm). Enla figura 2.6 se presentael esquemade este
sistemade vacío.
20
!L.e:,am gun cSs=~er
Sp..::’’532
si U,.
- ?igi.ra 2.6, Sequen. del etetea. de vacio.
2.2.2 Nflcroscopiaelectrónica.
El cañónde electronesestáconstityidoporun filamentodeLaB6 policristalinode
altaestabilidadde emisión.Paraasegurardicha estabilidad,el filamentose sometea
uncaldeopreviodurantemediahora. Enlascondicionestípicasdetrabajoseobtienen
emisionesentre30-50gA conunacorrientede 2 A atravésdel filamento. El haz de
electronesemitido puede ser aceleradoa unaenergíaE~ de 1, 2,3,SólOkV,e
incideperpendicularmentea la muestra,quesesitila sobreun portamuestrasdecobre
acoplado a un manipulador que permite desplazamientosde ± 10 mm. en las
direccionesX e Y (en el planode la muestra).El sistemaópticode la columnadel
21
microscopioestácompuestopor (ver figura 2.4)
- Lente condensadora:haceconvergerel hazde electrones
y controla la corrientede haz.
- . Lente objetivo: focaliza el haz sobrela muestra. -
Carretede alineamientodelhaz.
- Bobina correctoradel astigmatismo.
Bobina debarridodelhaz.
Esteconjuntode lentespermite focalizarel Saz hastaun diámetroDh=SOnm. Este
diámetropuedeaumeníarsede maneracontroladaa 5, 10, 30, 50 6 100pm. Mediante
un picoamperímetrose mide la corrienteabsorbidaen la muestra,1,,, cuyo valor
normal de trabajosueleestarcomprendidoentre l0~’ y l0~ A. Paralos experimentos
que sepresentanenestetrabajo, los valorestípicosde estosparámetroscaracterísticos
hansido:
4= 1-3 kV
l~ 10” A
Dh 100pm
Estos dos últimos valoresdan unadensidadde corrienteinyectadá de 1.3-10”
A-cm’. La elecciónde los valoresde 1,, y D~ va dirigidaa minimizar en lo posible
el ~‘alorde la densidadde corrienteinyectada.Existen dos razonesimportantespara
buscaresta minimizacián.La primeraes que,como severá más adelante,es de gran
interésmedirseccioneseficacesde captura= lO” cm. para lo cual no se pueden
empleardensidadesde inyección altas. La segundarazón es intentar evitar en lo
22
posible efectos de dañado composicional de la película de SiO2 inducido por
bombardeoelectrónico’0.Paraminimizarla densidaddecorrienteen la muestra,hay
que aumentael valorde15h y disminuirel de 4.. El máximo valor deD~ es de 100
pm., y el mínimo valorde4, compatibleconunaaceptablerelaciónseñal-ruidoenla
obtencióndelespectroAugeres 10~~ A.
2.2.3 EspectroscopIadeelectronesAuger. -
Unavez quelos electronesAugerson emitidos al incidir sobrela muestrael haz
de electronesprimarios,sediscriminanenenergíamedianteun analizadorcilíndrico
CMA’” de pasosimple. La rampade voltajedel CMA estámoduladaporunaseñal -
sinusoidaldeamplitud pequeñay unafrecuenciade20kHz. A la salidadelanalizador
se tiene unaseñalmoduladaa esa misma frecuencia,que se amplifica en un CEM
(Channel Electron Multiplier). Tras pasarporunaetapapreamplificadora,laseñalse
lleva aun amplificadorlock-in (modeloITHACO-3962),dondesesintonizaelprimer
armónico, quecorrespondea la primeraderivadade la señal’2. Estaseñalanalógica
seconvieneen númerodecuentasmedianteunconvertidorvoltaje-frecuencia(VFC)
de 16 bits de resolucióny 2.5 MHz de rango, y unataijetacontadorade 32 bits,
conectadaaura ordenador(modeloLINK). Deestamanera,seobtieneenelordenador
el espectroderivadodN(E)/dEdigitalizado,comoun conjuntode canales,cadauno
de ellos asociadoa una energíadel CMA, de altura proporcional al número de
cuentas,y separadosentreellos por un pasode energíaconstante(ver figura 2.7)
23
-, . —
• u,
Figura 2.7: Eje”plo de esp.ctro Auger- digitaliz.do.
Por otro lado, el ordenadorcontrolaa travésde un convertidordigital-analógico
(DAC) la ~am~ádevoltaje quese le aplica al CMA. De estamanera,la adquisición
del cipectroesiátotalment~automatizada.Enresumen,los parámetroscaracterísticos
más importantesdel siss¿niade adquisiciónde espectrosAuger son: --
* P.esolucié.nzenenergía del a-fA: 0.5%
* Transmisión: 6%
cZ * ángulo ,edio de escape a=42u
* Anpiitud de la señal de modulación de la
¡ rampa: 3—~ Vpico a pico
Frecuencia de la señal de modulación: lo kHz
24
E ~ Gananciadel CEM: lO~
~ F Resolución del VFC: 16 bits—
* Resolucióndel contadort 32 bitso
LResoíucíón del DAC: 16 bits
2.3 DESCRWCIONDE LAS MUESTRAS
Las muestrasquese hanutilizado en estetrabajoson películasdelgadasde SIO,
crecidosobreSi, conespesoresvariablesentre300y 2000 A, y sometidasenalgunos
casosatratamientosdenitruraciónparaobtenerlo queseconoceenla literaturacomo
oxinitruro de silicio (SiO,N~>. La elecciónde estedieléctrico es debidaa que e>
sistema SiO,/Si ha sido ampliamente estudiado”” dada su gran importancia
tecnológicaen el ámbitode los dispositivosde Si basadosen la estructuraMetal-
Oxido-Semicc’nductor0.405). Además,existe un gran númerode trabajos (véase
corno ejemplolasref. 9-31 delcapítulo1) orientadosalacaracterizacióneléctricadel
SiC,mediantela técnicaconvencionalde inyeccióndeelectr~nes.Estosdatosnosvan
a permitir comprobaren un primer paso la validez de los resultadosque se han
obtenidomediantela caracterizaciónAuger. En los siguientesapanadosseexpondrán
las característicamás importantesde las muestrasestudiadas.
2.3.1 Oxinitruros desilicio.
Se hanestudiadopelículasdelgadasdeSiC,, obtenidaspor oxidación térmicade
25
un sustratodeSi(100)dopadoconB (p=33lO” cm-’). El óxidofue crecidoa9500C
en una atmósferamezcla de 0,/=4,en una proporción 1:1, y posteriormentelas
películasfueron tratadastérmicamenteen atmósferasde N, (muestrasquellamaremos
OXNA) y NI!, (muestrasOXNB) parasu nitruración.Enamboscasos,la temperatura
de tratamientofue de 1200 ‘C. Una información más detalladade los procesosde
crecimientoy nitruración, composicióny característicaseléctricasse encuentraen la
referencia l5.l..os espesoresde las películas,medidoscon un elipsómetro,erande
660k paradasmuestrasOXNA y 749kpara las muestras CXNB.
Parafavorecerel contactoeléctrico con el portamuestras,seevaporóen la cara
posteriorde laobleade Si una capade Al. En algunos casos, se evaporó en la
superficie del óxido una capa transparentede Al, con un espesorestimado-de
alrededorde unamonocapa,con el fin de medir los desplazamientosdelpico de Al
oxidado(54 eV)..Al serun pico deenergíamenora la del pico deSi, sepuedemedir
con mayorprecisión. En la figura 2.8 se presenta-unespectroAúger típico para la
superficiede estasmuestras.
2.3.2 Oxidos desilicio.
Loo objeto de estudiar la dependenciade los parámetroscaracterísticosde los
centrosde capturacon el espesordel óxido, así como de analizarlos efectosde
dañadode la intercaraSi0~/Si por la irradiacióndelhaz de electrones,seprepararon
una seriede películasdelgadasde SiC- (muestrasCXC) de los Siguientesespesores:
2020k (CXCI), 980k (OXC2) y 305k (CXC)). Estasmuestrasse crecieronsobre
26
rs’
z0
Vigiar. 2.Ss Espectro lugar d• la superficis d• sanamaestra OXB
un sustrato de Si(l00) dopado con B (p140” cm’). La oxidación se realizó a
10500C en atmósferade O~ seco y tiempos variables, con un tratamiento final de
estabilización de 15 minutos en N,. Tras eliminar el óxido por la cara posterior de la
oblea, se depositaron 0.5 pmde Al para la obtención de un buen contacto óhmico, que
seconsiguemedianteun tratamientoposteriora4350C en forminggas(90% 1-4, 10%
H.J. Esta seriede muestrasse crecieronen el C.N.M. de Barcelona.La-figura 2.9
correspondeaun espectroAugerde la superficiede unadeestasmuestras
o
27
‘e
z‘e
Figiara 2.Ss Espectro tuger correspondiente a la superficiede nna muestra oxc:. -
2.4 NIETODOS DE MEDIDA
Comoya se señalóen el apartado2.1.3, la aplicaciónde la espectroscopiaAuger
a la caracterización eléctrica de peliculas delgadas de aislantes se basa en el estudio
de la cinética de los desplazamientos en energías del espectro Auger. En este sentido,
el desarrollo -y puesta a punto del método de medida para la realización de dicho
estudio constituye una de -las contribuciones a destacar en el ~presentetrabajo. La
-adquisición de espectros en el mododerivado se realiza de forma automática mediante
un programa que-se ha desarrollado en la propia Unidad Estructural. La figura 2.10
presenta un diagrama de flujo simplificado de este programa.
Los métodos de medida que se han empleado en este trabajo para abordar el
estudio de la cinética de desplazamientos Auger han sido dos. El primero de ellos
c
s]
o
28
consisteen la medidadirecta de éstosa partir de la posicióndelmínimo de energía
delpico Auger, mientrasqueel segundométodoestábasadoen la medidaindirecta
de los desplazamientos.
2.4.1 Métododel mínimo.
Enestemétodosehaceusode la adquisicióntemporizadadeespectros(ver figura
2.10).Se seleccionacomoregiónde medidaun intervalode energíade unos 15 eV
en torno al mínimo delpico Augerqueseva aestudiar,y seobtienenmedidasdeesta
regiónun númerodeterminadode veces, a intervalos regularesde tiempo As. La
posicióndel mínimo se calculaajustandoa unaparábolael espectroen estaregión, y
calculandoel mínimo decadaparábola.El valorcorrespondienteal primerespectro,
E,1>, se toma comoreferenciaparael cálculode los desplazamientosde energíaAB;
paraun espectron, conun mínimo calculadoen ,,>, sedefineel desplazamientocomo
Los valoresasí obtenidos se representantomando como variable en el eje de
abcisasladensidadde cargainyectada,Nkj, queestarádeterminadapor la intensidad
de corrientesobre la muestray el tiempo de incidencia. Paraun espectroti, esta
densidadde cargase calculacomo
¡—A + (,, — (2.10)eS l)A:]
dondeS esel áreade incidenciadel hazde electronessobrela muestra,r, esel tiempo
29
(st]
1 -
5: tt~t:,o E -5:515
- ¡
-~
- wFigura 2.10: Diagrana de flujo del ;roqrasaa de adguistcienAuger.
quc se empleaen la adquisicióndel espectroy ti el intervalode tiempo entre dos
30
espectrosconsecutivos.El valor de la intensidadde corrienteen muestra4. semide
haciendoincidir el hazdeelectronesdirectamentesobreel portamuestrasde Cu y no
sobrela muestraaislante,con el fin de evitar añadir resistenciasa tierra extrasque
distorsionenla medida.Al final decadaexperimentosecompruebade nuevoel valor
de 1,,, sobre el portamuestraspara asegurarque la intensidadse ha mantenido
constante.
5.0
5>
.< 06-o
‘32‘3 0.6 -
‘3
+*+++ curva esperimental— 0.4 .~ — curva suavizada2‘3
2
N 02 -
5-,
=~ 0.o•o
DENSIDAn DE cARGA INYEGTAflA Oc lOse czn~>)
Figura 2.11: Desplazanientoe en •nerqia d.1 picoAt{LVV> en una muestra OXNA utilizando el método delmi n irno. -
Enla figura 2.11 serepresentaunacurvaexperimentaltípicacorrespondientea los
desplazamientosen energíaobtenidospor estemétodoen unamuestraOXNA. Las
condicionesexperimentalesquese utilizaron fueronlas siguientes:
31
- E~= 3 kv
- l,= 210- A
- AQ,= 1.240” C/cm2
AQ2 4.JQ-3 C/cm
AQ, 0.58 C/cm’
dondeAQ, esla densidaddecargaqueseinyectadurantela adquisiciónde cadapunto
de la curva, AQ1 esla densidaddecargainyectadaentredos puntosconsecutivosy
esla densidadtotal de cargainyectada.En general,seva a trabajarconcurvas
de desplazamientosuavizadas(ver figura 2.11) -mediante un método de splines
cúbicos. El grado de suavizaciónelegido garantizaque no se pierde información
relevante,facilitando en cambio eí análisis de los resultadosobtenidos. -
La principal ventajade estemétodoes su extremadasencillez,ya que se puede
aplicar con cualquiersoporteconvencionalde softwarede adquisiciónde espectros
Auger. Sin embargo,comose verá más ampliamenteen el-capítulo siguiente,el
estudio de la cinética de las cunas obtenidaspor estemétodo permite acceder
únicamentea las trampascon seccioneseficacesde capturamayoresque510-” cm2.
Debido a la magnitud del tietnpo requerido para la adquisición del espectro, se
produceun llenadosignifcativode las trampasmásrápidasenlas etapasmuy iniciales
del experimento.Estastrampasrápidas. con seccioneseficaceso> 10” cm’ tienen
graninterésen películasdelgadasde oxinitruros~ Suponiendoquese trabajacon
~,naintensidadde corrienteI,= 1 .l0~ A y desfocalizandoal máximo el diámetrodel
haz, D~=l00 pm, la densidadde corrienteinyectadaque se obtiene es de 1310”
32
A/cm5. En estascondicionesesfácil ver, teniendoencuentala cinéticadescritaen la
ecuación(2.5), queuna trampaque tuviera una seccióneficaz ~ estaría
saturadaal 50% en un intervalo t 30 seg.- quecorrespondeaproximadamenteal
primer puntoexperimentalde la curva, con lo cualseríaprácticamenteimposiblede
detectar.Paraconseguirmedirestastrampasesnecesario,portanto,reducirel tiempo
de adquisiciónde cadapuntode la curva. Estanecesidaddemedirseccioneseficaces
rápidasllevó al desarrollodeun nuevométodode medida.
2.4.2 Métododela pendiente.
Estemétodode adquisición,requierelamedidadel númerodecuentasenun único
canalde energíaparadeterminarel desplazamientoquehasufridoelpicoAuger. Esto
suponeunaimportantereduccióndel tiempodeadquisicióndecadapuntoexperimental
y, consecuentemente,de la densidadde cargainyectadaen cadapunto. Paraqueeste
método seaválido, sehan de satisfacer-lassiguientesdos condiciones:
a) El canalde medida,que llamaremoscanalde control, hadeestarenla zona
de máximapendientedelpico ensu forma derivada,esdecir, entreel máximo
y el mínimo del mismo.
b) Esta pendientedebepermanecerconstantea lo largo del experimento]
La figura 2.12 representaun pico Auger ideal, antes(A) y después(E) de un
tiempo de irradiaciónr. La pendientedelpico, P, se determinaapartir de la
diferenciaentreel númerode cuentasmedidosentrelos canales1 y 2
33
CItA)
-
d(2.11)
dondeC< es el númerode cuentasen el canal-i,y desla diferenciaen energíaentre
- los canales 1 - y 2. En este caso, el canal 1 va a ser el canal de control. El
desplazamientoD queha experimentadoel pico viene dadopor
__________ (2.12» - -
C -C~<h) ‘(-41
- P
-- 1 2
figura 2.12: Fico Auger ideal antes <A) y después<Sí de un tiempo de irradiación :. : es eldesrlazanienco experimentado por el pico.
simplementeaplicandosemejanzade triángulosen la figura 2.12. La ecuación(2.12)
relaciona, a través de la pendiente.el desplazamientodel pico con la diferenciade
cuentasmedidaen el banal de control.
34
IC5M>LPE~
ten :,c:~,
II 1su:
½.::1 A
~CH!HLI
Figura 2.13: DIagra~na de flujo del prograsna utilizado enel rétodo de la pendiente.
Para aplicar este método, se ha desarrolladouna variacióndel programa de
35
adquisicióndeespectrosde acuerdoconel diagramade flujo queserepresentaen la
figura 2.13. Básicamente,consisteenadquirirde maneratemporizadael númerode
cuentasen un canalpreviamenteestablecido,fijando una sola energíaparael CMA.
a5>
o- -
‘3 2 /z * -
‘3
o— oz‘3 12
-5ti, -rs’o. ~
0 1 23456789
DENSIDAD DE CARGA INYECTADA (x iO~ cm’’)
Figura 2.14: Desplaza.nientos del pico c<IC~L5 en unanuestra OXHA medidos por el método de la pendiente.
En la figura 2.14 se representanlos resultadosobtenidos en la misma muestra
OXNA, utilizandolassiguientescondicionesexperimentales
-E>=3kV - -
-L,= ll0-’A
- SQ, l.2l0~ C/cm
- ~Q-=110’ C/crn’
- .~Q, 0.14 C/cm
36
En estecaso, los desplazamientoscorrespondenal pico C(KLL) de caz-bono
superficial en la muestra.Como se puede comprobaren la figura 2.8, es el más
intenso del espectro,y por lo tanto se obtieneunamejorrelación señal-midoen la
medida del número de cuentas en el canal de control. Por otro lado, esta
contaminaciónsuperficial no puede eliminarse medianteel método tradicional de
bombardeoconiones(normalmenteArfl, ya queestebombardeoproduceun dañado
de la superficie” que puede cambiarel potencialde superficieinicial de la misma.
Engeneral,la densidaddecargainyectadaencadapuntopuededisminuirsehastaun
factorde 50 utilizandoestemétodo.
Como comprobación,se ha realizadounacomparaciónentreambosmétodosde
medidadedesplazamientos.EnunamuestraOXNB se ha medidoel pico completode
e (E,= 1 kV, 1— 5~l0-’ A/cm2), y se hanobtenidolos desplazamientosenenergía
delmismotanto porel métododel mínimo comoporel de la pendiente(eligiendoun
canaldel espectrocomocanalde control)
En la figura 2.15 se observaque el acuerdo entre ambos métodos es muy
satisfactorio.La figura 2.16 muestiala variaciónde la pendientedelpico a lo largo
delexperimento(normalizadaal valor dela pendientedel primerespectro).
La máximavariaciónqueseobservaes menordel 10% en cualquiercaso,por lo que
la condición de aplicación del método (pendienteconstante)se veriflea de manera
razonable.
37
-‘“-Nt‘-1a]
7]
el5]
4-f —.j r
2—
cAa:Á tx 50’ in<’lDE
1.0 -
N.
metodo mir4n~cinetodo pendiente
0.5 -
o-o -
—0.5 -
—‘-O5 ‘0 55 20 25 30 35
Figura 2.15: Desplazamientos de oicoC<KLLt en una muestra OXNB cedidos porel cétodo — del minino y-el- de lapendiente; --
Figiara 2.16: Variaci6n normalizadade .. pendiente del pico de c a lolargo del experimento.
Endefinitiva, lá$anventajádel métodode lapendienteesunasensiblereduccióndel
tiempo dé adquisicióndelos puntos de la curva de desplazamientos.Dc estamanera:
a) El primerpunto de la curva, quese loma comoorigende desplazamientos,se
- - obtienecon unadensidaddecargainyectadahasta50 vecesnienor, por lo que
lds procesosde capturaelectrónicáihfluvenbastantemenéscaíadetermináción
de esteorigen. Paralas densidadesdecorrienteque/séhanutilizado
-normalmente,lascontribucionesdetrampasconseccioneseficaceso=10~~cm
son prácticárnentedespreciablesen el primépunto de la curva.
b) Se puedenesludiarcinéticasde capturacorrespondientesa trampascon
seccioneseficacescm 10’~ cm. Paraunamismadensidadde cargainyectada,
el númerodepuntosque se obtienees muchomayorenrelaciónal métododel
mínimo, conlo que la curvaquedamejor definiday se puedeobtenerdeuna
u
C0
o-o
o
38
formaclarala contribuciónde estas-trampasrápidas
2.5 REFERENCIAS
1. P. Auger, J.Phys.Radium,6, 205 (1925)
2. 1.1. Lander,Phys.Rev.91, 1382 (1953)
3. LA. Harris, J.Appl.Phys.39, 1419 (1968)
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5. PNV. Palmberg,O.K. Bohm andJ.C. Tracy. Appl.Phys.Lett.15,254. (1969).
6. Ver cualquierlibro de técnicasde superficie,p.ej. Pracrica¡ SurfaceAna¡ysiseditadoporD.Briggs y M.P. Seah(Wiley, N.York 1988).
7. lP. Vigouroux, IP. Duraud,A. Le Moel, C. Le GressusandDL. Griscom. -1i.Appl.Phys. 57, 5139 (1985) -
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9. EF!. Nicollian, A. GoetzbergerandC.N. Eerglund.Appl.Phys.Lett. 15, 174(1969).
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13. ThePhysicsof SIO,and ¡ir inhe,faces,editadopor 5.1.Pantelides(Pergamon,N.York, 1978)
14. The Phvs¡csasid Chem¡suy of StO,asid ihe Si-Sto, inteifaceeditadopor C.R. Helms y B.E. Deal (Plenum Press,N.York1988).
15. 1. Menéndez,M. Fernándezand IL. Sacedón.J.Vac.Sci.Technol. B6. 45(1988).
39
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17. A. Yankova, L. Do ThanbandP. BaJk. Solid Siate Electron.30, 939 (1987)
18. F. Lcfebvre, IP. Vigoroux asid J. Perreau.I.Appl.Phys.65, 1683 <1989)
40
3
CaracterizacióneléctricaAuger.
3.1 CARACTERIZACION AUGER A 1 kV.
3.1.1 Introducción,
El objetivo deeste apartadoes presentarunaseriede resultadosobtenidosen el
estudiode lascinéticasde desplazamientodelespectroAugeren películasdelgadasdé
510, nitturadasen diferentescondiciones(muestrasOXNA y OXNB). Se tratade
comprobarlavalidezde la propuestarealizadaen el capítulo anterior, esto es, la
aplicación de la espectroscopiaAuger como herramientaen el estudio de las
característicaseléctricasde películasdelgadasde materialesaislantes.La razónde
utilizaren estaprimerapartelos oxinitruros desilició es sencilla. En los últimos 20
años,el óxido de silicio crecidotérmicamenteha sido utilizadocongraoéxito como
óxido depuertaen dispositivosbasadosenestructurasMOS.Actualmente,la tendencia
hacia la tecnologíade integración en muy alta escala(VLSI .Very Urge Scale
Integration.)obliga a reducir lo más posible el espesordel óxido de puerta.Sin
embargo,laspelículasde SiC- conespesorespor debajode 200A presentanunaserie
de problemas,comopuedeser la facilidad paradifundirimpurezas(sobretodo iones
Na), su tehdenciaa reaccionarconlos electrodosdeldispositivoy la dificultad quese
41
tieneen reproducirla calidadde dichaspelículas. De los materialesestudiadoscomo
candidatosasustituir-alóxido de silicio, sin lugaradudashasido el oxiitruro elque
mayoresexpectativasha despenado.Unapelículade oxinitruro desilicio(SiON,) se
obtienepor nitruracióntérmica aalta temperaturadel 5i02. En el capítulosiguiente
se expondráde manera más detalladaesteprocesode nitruración. El oxinitruro
presentaimportantesventajassi se comparácorCelóxido térmico, comopuedenser
el aumentodelcampoderuptura, es mejor barrerafrentea la difusióndeimpurezas
y dopantes,es menosreactivocon los electrodosde puerta,su constantedieléctrica
es mayor, químicamentees más estable, 5’ las pr¿piedadesde la intercara son
sirhilares”’. Además,otrade sus característicasmás interesanteses suresistenciaal
dañadopor ~ La irradiación medianteelectrones,fotones, huecos, o la
aplicación de camposelectricos intensos,produceun dañadoen eí dieléctrico, y
consecuentenienteuna deÉradaciónde las característicaseléctricasdeldispositivoen
cuestión.Este-dañadoconsisteprincipalmenteen la creaciónde carga positivaen la
intercara.apariciónde núevosestadoselectrónicosen la intercaray la generaciónde
defectos4ue actúan¿omo nuevoscentros de captura’0”. Este endurecimientode
los oxiitruros ‘dc silicio a los efectosde la radiaciónpresentaun graninterés,ya que
en la actualidad,la tecnologíaVLSI ha incorporadounaseriede técnicas(litorrafía
niediantehazdei’electronesy rayosx. recocidospor haz deelectrones,metalización
por ház de ¿lectrones,eté.) en las que las muestrasson irradiadascon diferentes
fuentes de energía. En lo réferentea -este trabajo, la utilización de oxinitruros
permitirá reducir el dañadoque pudiera introducir el haz de electronesprimarios
42
durantela caracterizaciónAuger. De estamanera,los procesosde capturaquese
quierenestudiarestaránrelacionadoscondefectosintrínsecosdelapropiamuestramás
que con centrosgeneradospor irradiación. Así, los resultadosquese obtienenpor
caracterizaciónAuger pueden ser comparadoscon los obtenidos mediante la
caracterizaciónconvencionalC-V. Esta comparaciónserála quenos va a permitir
comprobarla validezdel métodoqueproponemos.
3.1.2 CaracterizaciónAuger: comprobacióndelmétodo.
En la figura 3.1 se presentanlos resultadosobtenidos en una muestraOXNA
cuandose mide el desplazamientodel pico de Al (L,.,VV) medianteel métododel
mínimo. La energíadel hazprimarioes E, 1 kV.
2.0
5>
~ 1.5t>22:.2
tal~ 1.0o1-~zE.,
.~ 0.5
o-ci,tal
0.00.0 0-5 1.0 1.5 2.0
DENSIDAD DE CARGA tNYECTADA (x 10” cmt)
Figura 3.1: oceplazaitientos del pico de Al en01(5tA medidos & 1 kv con el método del minino.
•-4~+-~+ cuita experimenta¡— ajuste
43
En primer lugar, hay queresaltarel hechodeque, efectivamente,la posición en
energía del pico Auger presentaun desplazamientoen función del tiempo de
irradiaciónal quese sometela muestra.Estedesplazamientopuedeserdebidoa una
variación del entorno químico del átomo, producidapor efecto del bombardeo
electrónico(por ejemplo, activacióndeun procesode reduccióndel óxido), o bien
estarasociadoaunavariacióndelpotencialdesuperficiedelóxido.Enlascondiciones
de trabajotípicas,la densidadde corrienteinyectadaes lo suficientementebajacomo
- para activarun procesode reducción’2.Por lo tanto, los desplazamientosdebenestar
asociadosaalteracionesenelpotencialde ~uperflcie.Porotro lado, el desplazamiento
de la posicióndel pico seproducehaciaenergíasmayores,lo quequiere decirqueel
potencialde superficietiendehaciavaloresmásbajos. Este resultadósugierequeen
el óxido se ha producidouna-acumulaciónde carganegativa.Si suponemosqueesta
acumulaciónde cargaestáasociadaaprocesosde capturaelectrónicaenel óxido, la
variacióndel potencialde superficiedeberíaseguiruna cinética como la descritaen
la ecuación (2.7). Con esta idea en mente, se intenta ajustar la curva de
desplazamientosAuger a unaecuacióndel tipo -
AE ~E0 (i ~ekN~> (3.1)
El ajustede la curvaexperimentala la funcióndescritaen(3.1) sellevó a caboen
un ordenadorCYBER, usandola subrutina EO4FDF”. Se tratade un algoritmo que
encuentrael mínimo dela sumade los cuadradosde M funcionesno lineales de N
‘ariablesEnnuestrocaso,la subrutinanosdael conjuntodeparámetros(AE0.k) que
44
minimizan la función
Fm = S(Ynop - Y01)2 (%2)
donde Y,~0, es la curva teórica dadapor la ecuación(3.1) e Y0, es la curva
experimental. La ecuación(3.2) representala desviacióncuadráticade la función
diferenciadeambascurvas.Endefinitiva, el programadevuelvelos valoresde AS0
y k quehacenquela función (3.2) seamínima,o lo quees lo mismo, queel ajuste
entre la curva experimental y la teórica sea el mejor. Además, la subrutina
proporcionainformaciónsobrela unicidaddelajuste.El procesodeajusteseconsidera
terminadocuandose puede asegurar la unicidad del mismo. En la figura 3.1 se
presentatambién lacurvaquemejorajustalos datosexperimentales.Comosepuede
comprobar, la cinética de desplazamientosse ajusta.satisfactoriamentea la ley
exponencialpropuesta. Por tanto, si hacemosuna identificación formal entre las
ecuaciones(3.1) y (2.7) se tiene que el ajustede la curva experimentalde
desplazamientosAugerva apermitir la caracterizaciónde los centrosdecaptura.Los
valoresde u y N se obtienena partir de los parámetrosde ajustequedevuelveel
programa,conformea la siguienterelación
km o2 (3.3)
AS, eNdeU
Asimismo,en la mismamuestrase realizópreviamenteunacaracterizaciónC-V, con
el fin deobtenerlos parámetroscaracterísticoso y Udc los centrosdecapturade la
45
lámina. Esta caracterizaciónse llevó a cabo mediantela técnica de inyecciónde
electronespor avalancha,con una densidadde corriente inyectada1~,= 5.78~lO’
Acm’. En la tabla3.1 secomparanlos valoresdekyN(calculadoapartiidelvalor
de AE0) quesehanobtenidoenel ajustedelacurvaexperimental,conlos valoresde
o y U obtenidosenla caracterizacióneléctricaC-V deesamisma muestra.El acuerdo
existenteentrelos parámetrosobtenidosporambosmétodosconfirmanuestraideade
que los desplazamientosen energíadel pico Auger son debidosa fenómenosde
capturaelectrónica,ajustándosea una cinéticaquevienen descritaspor la ecuación
(3.1).
Tabla 33: Valores de k y U obtenidos por caracterización Auger ea unamnues’rs 030JA utilizando el método del mínimo y el de la pendiente.También sepresentan los valores de o y U obtenidos por caneterizacidoc.v ea la misma muestra (5)-y valores publicados por otros aulores en
muestras de similares carscterfstieas.
Auger (1 kV) k (cm) N (cm’)
mínimo 3.8I0~” 1.210”
pendiente 2.2~l0’~ - 2.110”
- C-V - o(cm2) N(cnQ)
a) 35.10” I.4~l0”Reí 15 2-lO” 7-10”Ref 17 3.4-lO” - 810”
El programade ajustetieneen cuentael hechodequeparaadquirir el primerpunto
de la curvade desplazamientossehainyectadounacienacantidaddecarga,quehabrá
llenado partede los centrosde capturaen estudio. El valor del parámetroAE0 se
46
corrige en estesentido, añadiéndoleel término correspondienteal desplazamiento
debido a esta primera inyección. Otro punto que se debeteneren cuentaes el
doblamientodebandasquese produceenel semiconductordebidoa la acumulación
decargaenel óxido. Este doblamientolleva asociadola aparicióndeun potencialde
superficiequesesuperpondríaal causadopor la propiadistribución de cargaen el
óxido. Los valoresdeestepotencialde superficie,parael casodeunamuestrade p-
Si, con unaconcentraciónde dopantes> lO” cuí’ y en el rangode espesoresde
óxido < 2000 A, nuncaes mayorde -0.15V4, por lo queestapequeñacorrección
al valor de AE0 no setiene enconsideración.
En la tabla anteriortambién se presentanvaloresde parámetroscaracterísticos
obtenidosporotros autoresenmuestrasde similarescaracterísticas.Estastrampascon
secciones eficaces u lO”’ cm se creen relacionadascon la presenciade
H,o‘~~‘
En la figura 3.2 sepresentala curvadedesplazamientosdel picode C(KLL) que
se obtieneen la mismamuestraa 1 kV, utilizando el métodode la pendiente.Nótese
el hechode queel rangode densidadde cargainyectadaes un ordende magnitud
menorqueenel casoestudiadoanteriormente.El primerpuntosobreel quehayque
llamar la atenciónes la forma de la curva. Mientras queen la figura 3.1 la cuna
presentaunasaturación,enel casode la figura 3.2 éstano sellega a alcanzar.Los
tntentos quese realizaronparaajustarsatisfactoriamentela curvade la figura 3.2 a
unaecuacióndel tipo de (3.1) fueronfallidos; es necesarioajustara la surtia dedos
exponenciales,incluyendopor lo tanto4 parámetros.A la horadedecidirquéajuste
4-?
5a-4>
.< 4uuzu 3
-u
oE~. 2zu
o.
u
- - 3--
- DENSIDAD DE CARCA INYECTADA (x 19” cnf’)
riqura 3.2, Desplazaitientoe del pien de e medidosen una aucatra 01(5tA a kv con el método de lapendiente.
es el más adecuado(con 2 ó 4 parámetros),ademásde la información sobre la
unicidaddel ajuste que proporcionala propia subrutinase ha utilizado el llamado
criterio deinformaciónde Akaike”, que miimiza el número deparámetrosquesé
ha de emplearen el ajuste. De codas maneras,cuatro es el número máximo de
parámetrosquese puedenintroducirpara asegurarla unicidaddel ajuste.
El hechodequese necesitendosexponencialesenelajusteimplica la intervención
dedostiposde cebtrosdiferentesen los procesosde captura.Los resultadosdelajuste
sepresentanen la tabla 3.1. Como se puedecomprobar,sevuelvenareproducirlos
parámetrosde la trampamás lenta.Además,se consiguedetectarunanuevatrampa,
con una seccióneficaz a IfY’7 cm:. Varios autoreshan sugeridoqueestatrampa
estáasociadaa grupos OH ligados a átomos de Si”’~. En la cunade la figura
+4k
•-4-+++ curva experimental— ajuste - -
40
3.1 no se ponede manifiestoestatrampapor estarprácticamentesaturadaen los
primerospuntos (con la dosisde cargaquesehabíainyectadoparamedirel-primer
punto sehabríallenadoel70% dc estatrampa). -
Si seanalizaahorala muestraOXNB con el m¿todode la-pendiente,se obtienen - - -
resultadossimilares.La figura 3.3 correspondealosdesplazamientosdelpico C(KLL)
en dichamuestra(E~’~ 1 kV). Igualmente,sepresentasu curvaajustecorrespondiente.
Nuevamentese necesitandos exponencialesparaajustarestacurva. Los parámetros
que se derivandelajustese resumenen la tabla 3.2. La caracterizaciónAugerpone
de manifiestola existenciadedoscentrosde captura,con seccioneseficacesde 10-” -
8-a-. +
-.~. 7
ZS 6Cal
~ 6rl,o 4oz 3Cal~ 2
a. 1ti,talo
0 1
DENSIDAD DE CARGA INYEcTADA (a 10” cm’>
rigvra 3.3: oosplazsntentos del pico de c medidos enuna muestra 01(5t5 a 1 kV usando el m6todo de lapendiente.
+,..t curva experimental— ajuste
49
- Tabla 3.2: Valores de k yU obtenidos por carscterizacidn Auger eaunamuestra O3Qffiu:ilinndo el método de la pendiente. También sepresentan-los valores doc y Nobtenidos por caactcuizaci’Sm c-v ea la
misma muestra.
Auger(l kV) k (cm’) N (cm2)
- - - pendiente- 210”’ 2•SdO”l.210”~
37lO~ -
- C-V «(cm’) --N(cm’)
- - 1.810-” 2.4.lOz
3.4-10”’ 2.4.1012
y iO” cm. Comoya se sefialó anteriormentc,estoscentrossesuponenasociadosala
presenciadeH,O enla lámina. Las densidadesque se obtienenenestamuestrapara
los dostiposde centrosson del mismoordenquelasobtenidasenla muestraOXNA.
Como enel casoanterior, tambiénse realizóunacaracterizaciónC-V previa de la
película.Enestaocasión,la densidaddecargainyectadaqueseutilizó fue de 1.410”
•.X.cm<. Enlas condicionesexperimentalesquese emplearon,sepudiercondetectardos
tipos diferentesdetrampas,con seccioneseficacesde 10”’ y ~ cm’. La primera
trampano se puededetectarutilizando el métodode-la pendiente,ya-quesu sección
eficaz es muy grandey se saturaen el comienzodel experimento.Los parámetros
caracíerísticosqueseobtienenparala segundatrampasepuedencompararconlos que
se hanobtenido mediantela caracterizaciónAuaer. El acuerdoentrelos resultados
obtenidospor ambosmétodoses bastantesátisfactorio.Además,por caracterización
Auger se mide unatrampacon o = lO~ cm:, que no se ponedemanifiestoen la
50
medidaC-V simplementeporqueno sealcanzóel rangodecargainyectadanecesario
para llenarlademanensignificativa.Al terminodel experimentode caracterización
C-V, estatrampasolo estaríaocupadaentorno a un IO%,,siendosu contribuciónal
desplazamientodelvoltajedebandaplan despreciable;
Enresumen,laconfrontacióndelos resultadosobtenidosmediantecaracterización’
Auger en las muestrasOXNA y OXNB con los obtenidosen las mismasmuestras
-medianteel bienconocidométododecaracterizaciónC-V, y el acuerdoquesederiva
deestaconfrontación,ha servido para ponerde manifiestoque
1) La identificación formal propuestaen la ecuación(3.3) esválida.
it) Los desplazamientosdelpico Augerestánasociadosa procesosde captura
electrónicaenel dieléctrico.
iii) Del estudiodela cinéticadeestosdesplazamientossepuedenobtenerlos
parámetroscaracterísticos« (seccióneficaz de captura)y U (densidaden
volumen)de los centrosdecapturainvolucrados.Por lo tanto, -
iv) la espectroscopiade electronesAugeres unatécnicaquepermite realizaruna
-caracterizacióneléctricade películasdelgadasde materialesaislantes. -
3.1.3Análisis de la dispersiónde los resultados.
Con el fin de analizar la dispersión de los valores que se obtienenen la
caracterizaciónAuger, seestudiarondiferentespuntosdelamisma muestrautilizando
las mismascondicionesexperimentales.Comoejemplo,enla tabla3.3 sepresentaun -
resumende los resultadosque seobtuvieronal medirlos desplazamientosdelpico de
51
C a 1 kV-en diferentespuntosde unamuestraOXNB. En todoslos casos,lascurvas
se hantenido queajustara la suenade ‘d¿sexponenciales.
Tabla 3J: Valore, de tos perímetros ay U obtenidos de curvas d&desplsnimiento medidas poiel métodode la pendiente a 1 kV en diferentes puntos de una atieste,0D’E.
o (10”’ cm) - N (10” cm”) - a (10”’ cm’) N (10’? cm”) -
5.7 2.2 3.7 52 - 3:8 - 1.2 5-
- 3.7. 2 3.4 7.52.7 3.4 4 4.23.6 2.6 6 2.23.5 3.2 5 4.5-
9a-.4’ -a~ .7
~ 6z5,,ray 5
o 4zrl, 3
t.-, 2
1’a.u’‘3,o
DENSIDAD DE CARGA INYECTADA (x íO”- ¿nf2)
- Figura 3.4, -Ourvae de desplazaniento del pien de -cnedidas en diferentes puntos - de una nuestra OX$3usando .1 método de la pendiente tE?l kv>.
En la figura 3.4 se representanlas curvas de las cuales se han obtenido los
parámetrosde la tabla anterior. A la hora de compararestos datoscon los que
aparecenen la literatura especializada,hay qtx~ tener:en cuenta dos factores
importantes:El primero esqueen el Sic), el espectrode seccioneseficacesqueie
puedepresentares casicontinuo en el rango 1O”’-l0”’ cm’ 2I.fl con lo que es
difícil determinarsin ambigDedadlos parámetrosdeestastrampas.El segundofactor
es el hechode quelos diferentestipos de centrosde capturaquepredominanenel
óxido dependendecómohasidocrecidoeseóxido,y delos tratamientosderecocido
a los que ha sido sometido”. Por estas razones,los valores de los parámetros
característicosde trampasen SiC, quese encuentranen la literatura presentanuna
ciertadispersión.Sirva comoejemplola tabla 3.4, dondeserecogenvaloresde o y
U obtenidos-pordiversosinvestigadoresen películasdelgadasde-Sic),
Tabla SA: Diversosvalores de o y U extrudo: de la litersain, obtenidosmediante caracterizacido C.Veapelículas delgadasde 510, sometidasa diferentes tratataleatos.Los valores de a vienendados eacm’, -
y los de U en 10>’ cm”.
TRATAMIENTOS «(10”’) N «(10”’) N «(10”>) N Reí.
S;RPO;RPM 1.4 0.012 1.6 0.9 3.5 0.8 15S;RPO;RPM 3.3 1.5 3.2 1 17
5 1 0.2 2 - 0.5 16S;RPM 2.4 2 25S;RPO 7.1 2.8 3.1 1.8 26S;RPO 1 0.018 1 0.9 2 - 1.8 27
S;RPO;RPM 2.9 2.7 4.4 0.9 - 24S;RPO 7.2 4.4 5.3 0.7 24
Lasabreviaturasusadasen el apanadode tratamientoscorrespondena:
53
- 5— óxido seco.El contenidoenaguadel oxígenoqueseutiliza enla oxidación
es menorque 1 ppm.
- RPO — recocidoquese daa la muestradespuésde la oxidaciónen una
atmósferade1% a 1000 C.
- RPM e recocidoquesedaala muestraen o forniinggasa450 C,después
dedepositaraluminio en la parteposteriorde lamuestra.Mejorael contacto
óhmico.
A la horadecompararnuestrosresultadosconlos deotros autores,seva aprestar
mucha más atención al Orden de magnitud de los parámetrosque a les valores
propiamentedichos. De hecho, en los trabajos científicos sobre caracterización-
eléctricamediantela técnicaC-V, el dato que más seresaltaesel ordendemagnitud
tanto de acomode N.
3.2 DEPENDENCIA DE LOS DESPLAZW~NTOS CON LAENERGLA DEL
HAZ. FORMALISMO DE TERMALIZACION.
3.2.1 Termalizaciómelectrónica.
Todos los resultadosexperimentalessobredesplazamientosdepicosAugerquese
hanúpuestohastaahoraestánmedidosutilizandounaenergíadehazprimario E~ = 1
kV. La razóndeestaelecciónes que, comoveremosacontinuación,setratade la
energíamás apropiadasi se quierencompararlos valoresquese-obtienenmediante-
caracterizaciónAugercon los obtenidospor caracterizaciónC.V. tal y comohemos
54
hecho.
En el métodoC-V, la corrientedeelectronesqueatraviesael óxido seconsigue
mediantela técnicade inyecciónpor avalancha~.Los electronesinyectadosviajan
a travésdel óxido porel fondode la bandade conduccióndebidoa la accióndel
campoenla lámina,queusualmenteesdelordendeMV/cm. Sonprecisamenteestos
electroneslos quepuedensercapturadosendefectosdel óxido, ya quesoninyectados
con energíasmuy bajas (del orden de ~ Resultadosexperimentale9” y
simulacióncon métodosde Monte Carlo” muestranquela distribución de energía
mediadeelectrones,inyectados,suponiendoqueel campoenel óxido seadelorden
de4 MV/cm, presentaun máximopara2-4 eV. Estadistribuciónde energíasqueda
completamentetermalizadaal fondo de la bandade conducción del óxido en un
espesorde 30 A (en estetrabajo, el términotennalizaciónse referiráal procesode
pérdidade energíade un electrónpor-interaccióninelásticacon la distribución de
fononesdel sólido, hastaquesealcanzaunasituacióndeequilibrio). Por lo tanto, en
la caracterizaciónC-V, los electronesson inyectadosen el óxido prácticamente
termalizados.
EnlacaracterizaciónAuger,la situaciónfísicaquesepresentaesdiferente.Ahora,
los electronesquese inyectanson los electronesdelhazprimario, con energíasenel
rangodelos kv, es decir, tresórdenesdemagnitud mayoresqueeneí casoanterior.
Estos electronespierden su energíapor interaccionescon el sólido, hasta que se
termalizana una profrndidad R, que se conoce comoel rango electrónico. En
principio, existenvariasdefinicionesde rango,deacuerdoalparámetroexperimental
55
que se está midiendo”. En nuestro caso, utilizaremos el rango de Gn,en, R<,.
definido ¿ornoel espesorde sólido parad cual severifica quela energíadepositada
en el sólido ej - nula. Para elementos quimicás d¿ núniero atómica peojieflo
(6<2<15). el rango-deOrnen sepuedeexpresaren funciónde la energíaprimaria -
E, comoM ‘ -
= .9:9±áE;” - (3.4)p
dondep esla deñsidad’delelemento.La e¿uación(3.4)nosdael rangoenpmcuando
la ener la ~ri,iiaria ñe izitfoduceenla fórmula en kV y la densidaden gctif’. En la
tabla3.5 aparecenlos rango~calculadosconla ecuación(3.4) parael SiO,,utlliiando
comodensidadp~¿~ 2.2 g-cm”. - -
Tabla 3.5: Valores de R0 pan el óxido de
silicio seg~in a ecuación (3.4).
- E~(kV) -l 2 -3
- R0(Á) 181 609 1238
Como se puede comprobar,el valor del rango más pequefio correspondea la
energía de 1 kV. Si tenemos en cuenta que en los resultados presentados-
anteriormente,los espesoresde óxido erande 700A aproximadamente,los electrones
de 1 kV se termalizana una profundidadde d04/4. Una vez queson termalizados,
viajan porel fondode la bandade conducción,pudiendoser capturadosentrampas,
de la misma forma que ocurríaen la caracterizaciónC-V.
Én definitiva, eí flujo efectivode electronesque sonsusceptiblesde sercapturados,
56
esdecir,el flujo deelectronestermalizados,esmenorqueel flujo total deelectrones
que &e inyectan. Cuando se alcanza la profundidad correspondienteal rango
electrónico,se puede considerarque todos los electronesinyectadoshansido ya -
termalizados.Enla caracterizaciónC-V, esterangoes deunos 30 A, por lo quese
puedeconsiderardesdeun primer momentoque el flujo efectivoes igual al flujo
inyectado.Enla caracterizaciónAuger,los rangossonal menosun ordendemagnitud
mayores,correspondiendoaE,= 1 kV la situaciónenqueantessetermalizan.Por lo
tanto, los resultadosque se obtenganen estecaso son los que mejor se pueden
compararconlos resultadosa partirde medidasC-V. De hecho,secomprobaráen
el siguienteapanadoque los efectosdel proceso de termalizaciónen curvas de
desplazamientoobtenidasa 1 kV sondespreciablesparapelículasconespesores>- 500
A y. por lo tanto, sepuedeconsideraren todo momentoel flujo total igual al flujo
termalizado. Es esta, pues, la razónde elegir 1 kV comoenergíaprimaria en-la
caracterizaciónAuger.
Cuandose aumentala energía del haz de electrones(E,=2kV), el espesorde
óxido quenecesitanlos electronespara termalizarsepuedepasara ser unafracción
importantedel espesortotal; incluso puedenno termalizarseen todo el espesorde la
lámina.En estecaso, el hechode queel flujo de electronestermalizadosseamenor
queel flujo totalno puededespreciarse.Estecomportamientodependeráde la energía
E,, que es la que controla la profundidadde penetraciónde los electrones,y del
espesor4. del óxido. Por lo tanto, cabeesperarque aparezcandiferenciasen las
cunasde desplazamientoAuger cuandose varíe la energíadel haz primario de
57
electrones.
3.2.2 Cálculo del flujo deelectronesteranalizados.
El objetivo deeste-apírtadoescalcular,paraunaenergíaE; dada,la fraccid» del
flujo total deelectronesquesehatermalizadoa unaciertaprofundidadenel óxido.
Paraello, vamosa trabajaren el marco dela aproximaciónde frénadocontinuo” -
Continuous-Slowing-Down-Approximation<CSDA) -.
En estaaproximación,se suponequela energíatransferidaen unainteracciónentre
el electronincidentey los electronesdelátomoesmuchomentirquelapropiaenergía
delelectronincidente.De estamanera,lasecuenciadecolisionesquesufreel electrón
se puede considerarcomo un procesode frenado continuo del mismo. A cada
elementodetrayectoriadel electrón,dr, se le puedeasignarunapérdidade energía4 -
media-dE,,. Se define la potenciade frenadoS como
dE- -(33)
dr
En el contextode la mecánicacuántica,Bethe(1930-33)-obtuvounaexpresión
teóricapara la potenciade frenado,que viene dadapor
- . dE,, - 2ire’pN4Z í ~ÑEt’1 (36)
dr (4rLJA EJ¶.i)
donde1 9.762 + 58.8Z0” (ay) es la energíamedia deionizacióndel átomo”,
Estafórmula esválidaúnicamenteparaenergíasno relativistas.lntegrándola ecuación
55
(3.6), se obtienela variación de la energíamediaEds) del electróna travésde la
trayectoriarecorridaporéste.Paraello, seva adespreciarladependenciaenenergía
del términologarítmico(quevaría lentamenteconE). AdemAs, seva a sustituir el
caminodx recorridoporelelectrón,porla profundidaddz penetradaporéste.El error
queinduceestaaproximaciónesdespreciableenmaterialesconnúmeroatómicabajo,
ya que la mayorpartede los electrones,al interaccionarconel sólido, sedispersan
con ángulospequeños.Porlo tanto, la ecuación(3.6) se convieneen
dE,, _ C~
dz E
donde e aglutina todos los términos constantes.Por integraciónde estaúltima
ecuación:
— = f%pzdz (3.8)
de dondese obtiene
E; -E: = (3.9)
Laecuación(3.9),quenosda la energíamediaE,, deunelectróndeenergíainicia]
cuandoharecorridoun espesorz delsólido, se conocecomola ley deThomson-
Whiddington. Esta ley, que seha deducidoa partir de la potenciade frenado, fue
formuladacomo ley empírica por ~ El valor de la constantec
obtenido experimentalmentepor TerriP, es c-,= 4l0” eV’cnVg’. El espesordel
sólido parael cualla energíamediade los electronesse hacecero, se conocecomo
59
el rangode Thomson-WhiddingtónR~
Ea
cp
0.10)
- Si utiluzámosp radápésorunacoordenadanormalizadaal rango(yz/R,.w) y
para la energíaunac¿ordenadanormalizadaala energíaprimaria (VE/L,). la
‘ecuación(t9) se ¿<invierteen -
(3.11)
La figura 3.5 correspondea la representacióngráficadela ecuación(3.11). -
o.
¾
E
o
a / R0
riq’sr.-3.5: RepresentacLón gráfica de la .cuactdn- - tl.ll>. -
Sin embargo.hay que tener en cuentauna serie de limitaciones, inherentesa la
simplicidad dcl modelo: - -
60
- Sóloes aplicableen el casodepelículasdelgadas,dondese puededespreciare]
términologarítmicodela ecuación(3.6).
- Estaecuación(3.6) presentaunasingularidadenE,=O,quesotreestimalapérdida
deenergíaporunidaddelongitud de camino al final de la trayectoriade los
electrones.
- El rangodadoenla ecuación(3.10) presentaunadependenciacuadráticaconE,,
dependenciaqueno se ajusteconlo observadoexperimentalmente.Es muchomás
conectoutilizar la expresión(3.4) paracalcular el rango.
En nuestrocasoconcreto,estaslimitaciones no presentanproblemas,al trabajar
con láminasdelgadas.
La p¿rdidade eneníaa lo largo de la trayectoria del electrónen el sólido se
Invierte en procesos de ionización: generación de calor (fonones). electrones
secundarios,pareselectrón-huecoen semiconductores,etc. La función dedeposición
de energíaen profundidad,44:>, determinael ritmo al cual se transfiereenergíaal
sólido en función de la penetración.y porelectrónincidente’4. Esta función no es
proporcionala la potenciade frenado,ya quelos electronespierdenenergíade manera .
continuaa lo largodesutrayectoria,perono a lo largode la coordenadae, porlo que
hay queobtenerla numéricamenteutilizando una ecuaciónde transpone,mediante
cálculosde MonteCarlot o bien a travésde medidasexperimentalesde ionización
enfunciónde la penetracióndelhaz, o depenetracióndelos electronesincidentesen
función del potencial de aceleración”. En coordenadasnormalizadasy=z/R<, y
V=E/E,, 4’ se-puedeexpresarcomounafunción universalde la forma -
61
= — dV - (3.12)
dondealiora Y se refiere a la energíadepdsitadaen el sólido. La ecuación(3.12)
puedeexpresarseúnbi¿ncomo
- - ldE0(y) = — —— - (3.13)
E~ 4>’
La energíatotal depo~itadaporunidadde tiempoenel sólido,E4, vendrádadapor
44- - = — 00E,OCv) (3.14)
donde ~ es el flujo de electronesincidentes,que se relacionacon la densidadde
cofriente incidentá, 15 (Acm’) ¿orno¿0J~e:Como la función •(y) no-ti&ne una
fórniula analítica, gefieralmentese aproximaa una función exponencialo a un
polinomio. A p~rtir de medidasexperimentales,Everharty Hofr hanpropuestápara
el silicio la siguienteexpresión
0(y) a 0.6O.6.21y—l2.4y2.5.69y3 (3.15)
La ecuación’(315) es válida en un rango 10<7<15, y se utilizará comouna
aproximációnpara el casodel SiO:. Esta fórmula no tiene en cuentael efecto de
r&trodispersi¿nde los electrones,que se produceen la iníercaracon el sustrato.
En la figura 3.6 se representaslascunasdedeposicióndeenergíaen el óxido bara
varias energíasE~, calculadassegúnla ecuación(3.15). Se puede observarque
presentanun máximo queno estásituadojusto’al final delrango,debidoal efectode
62
1. kV
‘4U
o.!‘U
flg’¡re 3.’a Curvas de deposiejón de energí. en 510,,calculadas par. v.riaa energias de haz, esgún laecuación <3.15>.
retrodispersiónen las capasmás profundasde] óxido. Al aumentarla energía,el
máximo se desplazaa profimdidades mayores, a la vez que se ensanchala
distribución,debidoaladependencialogarítmicaenenergíadelapotenciade frenado
S ~ (l/E)~ln(E/1). Por otro lado, la energíadE4 depositadaenel sólido enunacapa
4 se puedeexpresartambiéncomo
dE4 — [S4SEÍ)E4,~» — [S4SE?E~, (3.16)
Ay
donde4,<(EJ es el flujo de electronescon energíaE, a unaprofundidaddada, y la
sumatoriase extiendeal continuo de energíasde la distribución electrónicaen el
sólido. Si sustituimosla sumatoriaextendidaatodaslasenergíasporunaúnicaenergía
2 kV
3 kV
6 kV
ESPESORDEL OXIDO (A).
63
mediaE~jy), estaecuaciónse transformaen
~d t&+AY)E.(y.AY) - t&)E.&
)
dy Ay
Igualandolas ecuaciones<3.14)y (3.17)
Mi4, 0’)• E,jy)] = -4~0E,4’(y) (3.18)
conlo que. por integraciónde (3.18), sepuedeobtenerel flujo de electrones6<0).
La energíam¿dia 40’) viene-dadapor la ley de Thomson-Whiddington(ecuación
(3.9)).
(3.19)L’d [t(y)E.(y)] =
Llamando C2(y) =
o
— •e(Y)EmC~’) - 4,,(O)E~(O) = - 4’0E,O<y)
= - 4,,E,O<y) -
4,<(0)E,,(0) - 4,0EpD(Y
)
- 4’/y) = E,jy)
Sustituyendoó,(O)~~y 4(O)=Ep -
= ~ 1 - O(y
)
(1 — y)”’
(3.17)
<3.20)
(3.21)
64
La ecuación(3.21),quenosdael flujo deelectronesenfuncióndela penetración,
seresuelvenuméricamente.La figura 3.7 correspondeala representacióngráficade
~<(y),queresultaserunafunción monótonadecreciente.
30/e
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
y
Fíjur. 3.7: Representact6n del flujo deelactronea a lo Jargo del espesor del óxido,obtenido a]. resolver la ecuacion (3.21>.
Si ahora suponemosque los electronesperdidosa una profundidad y se han
termalizadoenel fondodelabandadeconduccióndelSiO,, podemoscalcularel flujo
efectivo de electronestermalizados,4, como
= - s,oo (3.22)
La ecuación3.22 se representaen la figura 3.8, comounacurvaatrazos.El flujo
de electronestermalizadosaumentaal aumentarel espesorhastaque, paraunespesor
65
o..~ 1
0/e
‘o:
o
ESPESOR DE OXIDO Z
Figvra 3.8: flujo de e½ctrtnes termalizados enfunción de la profur.4idad penetrada en el óxido.La curva real obtenida a partir de la ecuaci6n(3.22> viene representada por una linea ¿epuntos.
igual al rango R0, podemosconsiderarquetodos los electronesse hantermalizado.
Parasimplificar el cálculo, la cunareal se ha aproximadoaunarectadependiente
4’R0, demaneraqueel flujo de electronestermalizadosvendrádadocomo
~Xz) = ~
- - (3.23)- 4dz)=4’0 zaR0
3.2.3 Cálculodel potencialde superficie.
Una vez que se ha obtenido el flujo de electronestermalizadosen el óxido, se
vuelvea seguirel procesoexpuestoen la sección2.1.3, planteandola ecuaciónde
66
Poisson paraobtenerla distribución de potencialen el óxido, asociadaa la carga
atrapadaen el mismo. Ahora, la densidadde cargainyectadavendrádadapor ~,f,
siendo¡ el tiempode inyección
d’V(z,t) _ _ eN,(1 — e 4W>.) (3.24)
cta2 e -
Al integrar la ecuación(3.24), hay que tener en cuenta las dos expresiones
obtenidaspara~,<‘z.).segónla ecuación(3.23).El resultadode lasdos integraciones
es el siguiente:
eN-d’11 í í
____ — (1 -to¿Ní.t~]______ _________ 0.2Sa)ev tO¡!Vw (x o,N~4j2
si da < 1?,, y
,~ 1 ~ r 1_ eNd2 ______ _____ (3.25b)_ ____ _____ (r- -
e~2 2 o,N¡-g (a~N~,?si 4. =R
0. N,,=~, es la densidadtotal decarga inyectaday r=d<}R<, es lo que
llamaremosel parámetrode ¡enndh:ación. La expresión(3.25), querepresentala
variaciónenel potencialde superficieasociadaa la cinéticade llenadodela trampa
presentaahorauna dependenciacon la energíadel haz primario E, a travésdel
parámetrode termalización. Estadependenciase ha obtenidocomoconsecuenciade
haber introducido el formalismo de termalizaciánen el cálculo del voltaje de
superficie, consiguiendouna descripción más realista del fenómeno de captura
67
dectróriica. El - valor del parámetrode termalización, r, da información de la
importanciade los procéosdeíermal’tzaciónenel fenómenodecaptura.Un valor de
r alto significaqueel espesorde la láminaeslo suficientementegrandecomoparaque
los electronesinyectadoscompletenel procesode ternialiiaciónen una fracción
pequeñadel espesor,con lo queen la mayorpartedelalámina sepuedeconsiderar
,=4 Estasituaciónfísica correspondeala formulacióndel apanado2.1.3, donde
~e había supuestoque todos los electrones inyectadoseran susceptiblesde ser
capturadosdesdeel primer momento.De hecho,paravaloresde r>2.5, la ecuación
(3.25b) se simplifica enlaecuación(2.7). Esta condiciónseverifica enlosresultados
obtenidosa 1kv quesehanexpuestoenelapanado3.1.Paraestevoltaje,los valores
del parámetrode termalizacióneran r=3.6 parala muestraOXNA y r4.1 para la
muestraOXNB (ver tabla3.5), con lo queenamboscasosesválidala utilizaciónde
la ecuación(2.7) enel ajustede los resultadosexperimentales. -
Por el contrario, un Valor de r pequeñoindica queel espesordel óxido no es
suficientecomo para termalizar todos los electronesen una fracción pequeñadel
espesor.En estecaso, ~ y la ecuación(2.7) ya no esválida paraexplicar la
cinéticadellenadode la trampa, sino quehay que acudir a las expresiones(3.25).
3.2.4 Aplicacióndel modelo.
Una vezobtenidala relaciónde dependenciade los desplazamientosde la energía
Augercon la energíaE~ del hazprimario, sevan autilizar lasecuaciones(3.25) con
el objeto de generarlas curvas teóricasde desplazamientoscorrespondientesa las
es
muestrasOXNA y OXNB. Panello, seconsideraráel valor deE, comoparámetro
generador.Los valoresdalaenergíadehaz~uesehanempleadohansido dc 1, 2 y
3 kV. Posteriormente,estas curvas teóricas serán comparadascon curvas
experimentalesobtenidasen lasmismascondicionesquelasutilizadasenlasimulación
teórica, conel fin decomprobarla validezdel modelodetermalización.
Parala obtencióndeestascurvas,sevanautilizar paralos par4metrosay N los
valoresquese midieronen el ajustede las curvasexperimentalesa 1 kv. Paraeste
valor de E,,, el parámetrode ternializaciónes lo suficientementegrandeen las
muestrasOXNA y OXNB comopara considerarcorrecto el ajustede las curvas
experimentalessegónla sencillaecuación(2.7). Enel programadesimulaciónsehan
reproducidolasmismascondiciones(densidaddecargainyectada,tiempodeinyección
eny entre cadapunto de la curva) con las que seobtuvieron las correspondientes
curvasexperimentales.Tambiénseconigeel efectodeocupacióndetrampasasociado
ala dosisde cargainyectadaqueseempleaparamedirel primerpunto dela curva,
al cualserefierentodos los desplazamientos.
Parala muestraOXNA, sehantomado losvaloresde ~ y N dadosenla tabla3.1.
Enel ajustedela curvade 1 kV sehabíanobtenidolos parámetroscaracterísticosde
dos centrosde capture,con seccioneseficacesu — 10’~~ y lO~’, cm. Introduciendo
los valorescorrespondientesde o y N en la ecuación(3.25), se generanlas dos
componentesdedesplazamiento,asociadasa cadaunodelos doscentrosde captura.
Estascomponentesteóricasse denominarán,porsimplicidad, c-17y c-J8. La curva
teóricade desplazamientosse obtieneen cadacasocomosumadelas contribuciones
69
de estasdos componentes.Enla figura 3.9 se representanlas curvasgeneradaspara
1, 2 y 3 kV en estamuestra.
z
2 ~/ ~— t kV
2 kVa kV¡1/
’
o01-23456789 -
DENCIDAD or CARGA :NYECTADA lx to’ cn<¶ -
- Figura 3.9: -curvas teórIcas de deepiazatniento • 1, 2y 2 kV cbtenidas para la aucatra oxNA, y generadassagOn la ecuación 3.25).
Tal y como se puedeobservaren la figura, el modelo deternializaciónpredice
curvas de desplazamientosdiferentes en función de la energía del haz primario,
correspondiendolos mayoresdesplazamientosa la energíade 1 kV. Con eí óbjeto de
estudiarel comportamientode cadauna de las componentes.seharepresentadoen la
figura 3.10 la contribuciónde c-I7 ‘¿ c-/8 al desplazamientototal, enfunción de la
energíadelhaz primario.
Al variarla energíaprimaria,varíala contribucióndecadaunade lascomponentes
de desplazamiento.Cuandoaumentael valor de E,. disminuye la contribuciónal
70
3
ti
o~> 2z c—17———c—l5
oE-zo.~ 1
(e)‘e
O,
o 3 4 5 678 9
DENSIDAD DE CARGA INYEcTADA (x 10” cm”)
Figura 3.10: Componentes teórica. de deeplarsajento para un. nuestra~flA, generadas a partir de la ecuación (3.25) para 1, 2 y 3 kV<cunas (al, (b> y <ch respectivasaente>.
desplazamientode cadaunade las dos componentes.Estavariaciónestáasociadaal
cambio en el flujo efectivo, a través del óxido, de electronesque puedenser
capturados,y esproducidapor efectode la termalización.
Enel casode la muestraOXNB, los valoresde o y N quesehanutilizado en la
generaciónde las curvasvienen reflejadosen la tabla 3.2. De nuevo tenemosla
contribuciónde las componentesc-lZy c-J8. Además,seintroducela aportaciónde
una nuevacomponente,asociadaa un centrode capturacon seccióneficaz u
cnf. Estacomponenteconunacinéticadellenadomásrápidasedenominarác-16. Las
curvasde desplazamientoque se obtienenen estecasose representanen la figura
3.11.
<a)
A’
(b) (c)
— — (b>- (a)
71
a-
u 7
‘., 6
5
4
z 22.t icv
:,,~ o
o 1 ~ i .4 s éÚá ~
DENSIDAD DE CARGA lNYEc’rADA (x 10” cm”)
- -Figura 3.11: curvas-tsóricas--de.desplazanienao a 1,.? y 3 --
kv. obtenidas para a muestra OXNB, y generadas se;Cn laec~jación <2.25>.
En este caso, la curva generada a í kv vuelve a correspondera los
desplazamientosmayores.Sin embargo,no se obsenandiferenciaentrelas curvas
obtenidas a 2 y 3 kV. Si se analiza el comportamientode las componentes
individuales, tal y comose reflejaen la figura 3 12, se observade nuevodiferentes
aportacionesde cada componente.en función de E;. Así, la contribuciónde la
componentemás rápida (c-I6~ aumentaal aumentarelvalor de E,; mientrasquepara
1 kV es prácticamentedespreciable,para 3 kV es bastantesignificativa. Por el
cor,trarío. la contribuciónde las otrasdos componentes(c.] 7v c-]-S~ va siendomenor
a medida queaumentael valor de E;.
72
a
(o)
1
Ch)
oa
<o>
j ‘ Ch)
1:4
5
(o)
a
o
~m u es¿rr~ina C~ it’ ~
Figura 3.14: componentes teóricas de desplazamiento en una -muestra OXNB para 1 <a) 2 <b> y 3 Cc) kv. De arriba aabaje, tas gráficas correspondan a las componentes e—lS,c—17Sy-c—).S.
73
En definitiva,el modelode termalizaciónpredice,a travésdela ecuación(3.25),
unadependenciade-lascomponentesdedesplaianiientoconla energíaE, del hazde
electronesprimario. Dichadependenciá’estárelacionadaconlasvariacionesde] flujo
efectivo de electronestermalizadosa travésdel-óxido, variacionesqueafectana las 4
cinéticasdellenadodecadaunodelos centrosde-capturainvolucradosenel proceso.
3.3 REFERENCIAS.
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76
4
Procesosde nitruración.
4.1 NITRURACION DE PELICULASDELGADAS DE SiO2 -
4.1.1 Introducción. -
En el capitulo anterior se hizo referenciaa la importanciatecnológicade las
películasdelgadasde oxinitruro de silicio sustituyendoal óxido de silicio como
aislantedepuertaenla tecnologíademuy altaescaladeintegración.Apanedeotras
aplicacionescomopasivantefinal de un circuito integrado,barrerade dffiisidn oen
técnicasdeaislamiento(procesosde oxidación local LOCOS), el nitruro de silicio
(Si,N4> ha despenadograninterésporsu aplicaciónen estructurasMNOS (Metal-
Nitride-Oxide-Semiconductor),utilizadas como memorias no volátiles, borrables
eléctricamente’”.En este tipo de estructuras,secreceunapelículadeSi,N, sobreel
óxido depuerta.El comportamientocomomemoriasebasaenla cargaacumuladaen
la intercara nisruro/óxido cuando se provoca Ja inyección de electronesen el
dispositivo. Enestaestructura,el voltaje umbraldeldispositivodisminuye,ya quela
permitividadeléctricadel nitruro es mayorque la del óxido y. por lo tanto, aumenta
la capacidadasociadadela estructura.Por todoello, esdegranimportanciael estudio
de los procesosde nitruración delsilicio, su cinéticay los cambiosquese producen
77
enlas propiedadesel¿ctricasdel material.
Lapreparacióndepelículasde SiN4p& nitruracióndirectad~l silicio (tratamiento
del sustralode Si en una atmósferanitrurantea alta temperatura)se hamostrado
inviable, debido aqueel nitruro formadoen las etapasinicialesdel procesoactúa
comobarreraparala difusión del agentenitrurañte5.Normalmente,la obtenciónde
A’.— — ‘ -~ — — ‘ —— —
películasdelgadasdeSi,N4 seconsiguemediantePECVU(deposiciónquímicaenfase
vaporasistidaporplasma)utilizando silano(SiH4) y amoniaco(NH,) comoreactivos,
produciéndosela siguientereacción
- - 3’ SiR4..4 NR,—SI,N4. 1282 (4.1>
‘Cuadd6s¿énsayala¿bt¿nci&ndénitrst¿desilici6 ‘1pari’r de la nitruracióndirecta’
depelículasdelgadasde óxido desilicio,’generalment¿~eco¼sigiíeuna-mezcladeSIC,
y Si,N.;que se conocecomoonnxtrurodesilicio XSiO~N,). Varios autores”han-
señaladola formación’déunapelícula de nitruro en’ la intercaraSiO4/Si cuirido se
expónáurja película delgadadé SiO, a lina atmósferade N~ a altaternpeiatura(900-
120&C). Á,iAlisi~ de ‘co~posicióui’reálizado~medianteespectroscopíadeelectrones
Aug¿ry especrros¿opía¿efotoemisióndeelectrones(XPS) muestraziqueel nitrógeno
noreaccionaen eí Columnendel-óxido, siáo4úe’sedifunde,sétinun procesoactivado
térmicamente,-has’ta que alcanza la- intercafa. Allí se prodúcela reaccióncon el
sustrato.La reaccióndirecta’del SiO,’con el nitrógenono serealiza; ya-queincluso
a 12005C se necesitau?n círnbio en la ¿ner~íalibre de400’kcal/m’obEstamayor
reaétividaddelaintercarafreñteal volumense debeala altadensidadde enlacesde
Si ~insaturar,presentesenestaregióncomoconsecuenciadela zonade tensionesque
78
seoriginaenel acoplamientodelas dosredes.
Una forma máseficientede nitrurar el óxido consisteen utilizar comoagente
-nitruranteamoniacoenvezdenitrógeno,y realizarel tratamientoaalta temperatn-
-ya~<~. En estecase,los perfiles de composiciónobtenidos medianteALES o XPS
muestrandiferenciasearelaciónal casoanterior. Enprimer lugar, sc observauna
incorporaciónimportantede nitrógenoen la superficie de la muestra,que puede
-alcanzarvaloresalrededorde un 40-50% atómico. Esta concentracióndisminuye
rápidamenteenlos primeros30 A, estabilizándoseenvaloresdeun 1-4% atómicaen
-el volumendela muestra.La cantidadde nitrógenoquese incorporaen el volumen
-del óxido dependede la temperaturay tiempodel tratamiento,espesordela película
y presiónparcialdeNR,’”, Enestosresultados,existeun acuerdogeneralizadoentre
losdiferentes-autores.Enlo referenteal estudiodelprocesoen la intercara;engeneral
sehaobservadoun aumentodela concentracióndenitrógenoenrelaciónalvolumen,
aunque algunos investigadores’0”no han encontradoevidenciadirecta de este
incremento.El análisisde los perfilesdecomposiciónhallevadoal planteamientode
un modelo parala reacciónde nitruraciónen el queel oxígenoes desplazadoporel
nitrógenoenla reddelóxido.Estareaccióndeintercambioestáapoyadaporelhecho
de queen los perfilesdecomposición,al disminuir la concentraciónde nitrógenoa
medida que -nos alejamos de la superficie, aumenta de manera simultánea la
concentracióndeoxígeno”0.ResultadosobtenidosporRES (espectroscopiadehaces
retrodispersados)’y absorción de infrarrojos’” confirman esta reacción de
desplazamiento.Teniendoencuentaestoshechos,Ito y col.’0 propusieronla reacción
‘79
denitruración
3Si0~+4 NR3 —S13N4 .68,0 (4.2)
Aunque la-enérgía-libre de estareacciónes positiva (54 kcai/mol a 1200C), es
suflcienternentepequeñacornoparaquepuedallevarseacabo.Además,señalaronel
papel importanteque- puedejugar el hidrógeno,provenientede la disociacióndel
amoniacoa alta temperatura,en la, reacciónde intercambio.Habrakeny col.’ han
sugeridoun desarrollode laecuaciónpropuestapor Ito dela siguientemanera
NH,
•.., AON. A N ,NH. O... ‘ N ANN. A04,5¡ 5 = 5 5. 5. .H~0‘1’ ¡~ /‘ , y’ y’. -
dondeunradicaldetipo NH, es el quedisuelveel enlaceSi-O-Si, produciéndoseel
intercambiodel átomo~de nitrógenoporel de oxígeno. Esta reaccióntendríalugar
preferentementeen aquellas regionesdonde el agua, o cualquier otro producto
oxigenadoprovenientede la reacción,puedaescapardel óxido. En estesentido,una
delasregionesmásfavorablesparala nitruraciónseña-lasuperficiedelóxido, donde
el 14,0puedeescapara la atmósferade amoniaco.Tambiénla intercararesultaríauna
regiónpreferente,ya que los productosoxigenadospuedeneliminarsea travésde la
oxidacióndelsilicio del sustrato.Resultadosde RBS, quemuestranunadisminución
en el ndmerototal de Atomos de oxígenoen la muestradespuésde la nitruración,
confirman esta idea. La alta reactividadde la intercaraSiO,ISi puede explicarse
tambiénpor la-presenciade enlacesde silicio no saturados,y enlacesSi-Si y Si-O
80
tensionados,que tienden a reaccionar con el hidrógenoUí~’<. Por otro lado, la
reacción puedetener lugar en todo el volumen de] óxido, ya que los radicales
provenientesde la disociacióndel amoniacodifundena través de la película. Sin
enibargo,laefectividad-delareaccióneneste-casoseríamuchomenor.Otrosautores,
por el contrario, proponenuna nitruración inicial del sustratode silicio, y una
posterioroxidaciónde la intercaradebidoaloxígenodesplazadoenla nitruracióndel
SiC,’2, aunquetambiénbasanla interpretaciónde sus resultadosen la reacciónde
intercambio.Dicha reacciónestá, pues, comúnmenteaceptadacomomecanismode
nitruración.
Normalmente,la temperaturade] hornodondeserealizael procesodenitruración
sube segúnuna rampa programada(por ejemplo, 8Q’Clmin) hastaalcanzarla
temperaturadetratamientodeseada,manteniéndoseconstantedurantetodoelproceso.
Si la nitruración serealizaaplicandopulsosdetemperatura,conrampasdelordende
50C/s, se consigueunadistribución de nitrógeno másuniforme”. Estatécnicase
conocecomoRapidThermolAnnealing(RTA). Enla literaturaseencuentrantambién
otras formasde nitrurar, comopuedeserel uso deóxido nitroso (N,O) comoagente
nñruran&0, o medianteimplantación de nitrógeno”’2. Este último método, que
norequierelaaplicacióndetratamientosaaltatemperatura,resultamuy atractivopara
la tecnologíaVLSI. Las películas quese obtienenpor estos métodosalternativos
presentansimilarescaracterísticasa los oxinitruros térmicos. -
81
4.1.2 Propiedadeseléctricasde-los oxinitrurosde silicio.
El tratamientodelóxido desilicio en atmósferanitruranteaaltatemperaturalleva
asociadounavariacióndelaspropiedadeseléctricasdelapelículanitruradaenrelación
al óxido inicial. En general,unadelasdiferenciasmás significativases lamejorade
las característicasde ruptura de los dispositivos MOSIeaIX. Los histogramasde
ruptura muestranque, despuésdel recocido, el campoeléctrico necesariopara
producir la ruptura deldieléctricoes mayor. La caracterizacióneléctricamediante
curvasC-V antesy despuésdeltratamientodenitruraciónevidenciaundesplazamiento
de las curvas hacia voltajes más negativos,indicativo de un aumentode la carga
positivaen el óxido~61~Z~fl=S,El análisis de las curvas C-V muestraademásuna
reducciónen el númerodeestadosen la intercaraque-segeneradurantela inyección
deelectrones~t2I~.Aunque no existeun modelo bien establecido,el incremento
de la cargapositivapareceestarrelacionadoconel aumentodelnúmerodeenlacesde
silicio no saturados,queseproducedurantela reacciónde intercambioentreel silicio
y el nitrógeno.Porel contrario, algunosautores~~1no han encontradoevidenciade
la formacióndecargapositiva: -
Esta discordanciaen los resultadoses significativamentemayor a la hora de
estudiar la influenciade la nitruración en los procesosde capturaelectrónica.La
mayoríade los autorescoinciden en que la nitruración produceun aumentoen la
densidadde centrosde capturade la películaenal menosun ordende magnitúd.La
mejorade lascaracterísticasde rupturadeldieléctricopuedeexplicarseen relacióna
esteincrementode trampas”’. Sin embargo,no existenresultadosconcluyentesque
82
permitanidentificar con seguddadel origende estastrampas.Se han- medido en
muestrasnitruradasen atmósferadeNI!, trampascon seccioneseficacesde10”’
- cm2 ~ íO”’ cm’ ~, 10”’ cm’ ‘~ y 10”’ cm ~ Sin embargo,no estáclarosi
estastrampasestán asociadasa defectosintroducidospor el propio nitrógeno,?o al’’
aumentode radicaleshidrogenados(comopuedeserel radical-OH) generadosenla -
reacciónde nitruración, tal y como sugierenLai y col?. Todos estos-resultados
--parecenindicar quela preparaciónde las muestras(calidad del óxido térmico de
partida, condicionesen que se realiza la nitruración), asf como los diferentes
tratamientostérmicosa los quepuedansersometidas,jueganun importantepapela
--la horadedeterminarlascaracterísticaseléctricasde laspelículasnitruradas.
4.2 CARACTERIZACION AUGERDE PELíCULASDELGADAS DE
OXINn’RURO DE SILICIO.
En esteapartadose van a reseñarlos resultadosmás interesantesque se han
-obtenido en la caracterizacióneléctrica y química, medianteABS, de películas
delgadasde oxinitruros de silicio. En estesentido, el trabajo estuvo orientadoa
relacionarlos resultadosde la caracterizacióneléctricaconla composiciónquímicade
las películas,obtenidaapartirde los perfilesAuger(análisisdecomposiciónquímica
enespesor),y más concretamente,con la incorporacióndelnitrógenoenlasláminas.
Paraello, se utilizaron las muestrasOXNA y OXNB. Como ya se señalóen el
apanado2.3, estas muestrasse obtuvieronpor nitruración térmica a 12000C en
83
atmósferasde¡4, (OXNA) o ¡414,(OXNB) deunapelículadelgadade-SiC,.El espesor
deesta-lámina,medido conun elipsómetrocrí de530 A. Despuésdel tratamiento;se--
volvicronamedirlosespesores.queresultaronserde660A parala muestraOXNA
y de740-Apara la muestraOXNB. Este-aumentoenel espesordela película-conla
nitruraciónba:sido.ya observado-por diversos~ y pareceestar
relacionadoconla roturade’enlaces-yformacióndenitruro desilicio en la intercara.
En el casodela nitruraciónenatmósferadeNR3, los radicalesoxidanteslibresenesta
zonadifundenhacia-el sustrato,dandolugar a la formación-adicionalde un-cieno
espesorde’óxido de.silicio, comoya se-discutióanteriormente.
4.2.1 Análisis~de-la composiciónquímica;
En las figuras 4.1 y 4.2 se-presentanlos perfiles Aúger de—composiciónen
profundidad para ambos tipos de muestra?. Estos perfiles se obtuvieron
bombardeandola-superficiedela películaconionesA? aceleradosa3-kv. Como se
puedecomprobar,existeuna-diferenciasustancialentreambostipos de muestrasen
lo que:serefierea la incorporaciónde nitrógeno.Mientrasqueenla muestraOXNA
sólo sedetectaseñaldenitrógenoenla intercara.enlamuestraOXNB eknitrógeno
sehaincorporadoen todo el Vólumendel óxido,presentandovaloresmáximos-enla
superficie y en la intercara-SiO,/Si. Estos resultadosestán de acuerdocon los
encontradosenla literatura,y reseñadosen el apanado4.1.1, y muestranla necesidad
de la existenciade- radicaleshidrogenadospara- que- se produzca la reacciónde
intercambioN/O en todo el volumendel óxido. De estemodo, la nitruraciónen
84
1 e-i-I1 -
[si.4 w
.4 o
Finta 4.1: perfil Auger de Figura 4.2: Perfil Auger decomposición en profundidad de la composición en profundidad 4. lamuestra OX24A <nf. 9). muestra ola <nf. 9).
atmósferadeN, parececonducirúnicamenteala formacióndeunaregiónde nitruro
desilicio en la intercaraóxido-sustrato.De la intensidaddelos picosAugersepuede
deducir la concentraciónatómicade los elementos.Paraello, se va a utilizar un
tratamientosemicuantitativo, basadoen el método de los factores relativos de
sensibilidadX.Segúneste método,la concentraciónatómicade un elementoX viene
dadapor
= (4.4) -
S (¡.is.>e
donde~> es la- intensidaddelpico Augercorrespondienteal elementoX. medidaentre
-el máximo y el mínimo; S< es el factor relativode sensibilidad,queestátabulado”,
y la sumatoriase extiende sobre los picos elegidosparatodo! los elementosdel
espectro.Este métodoes semicuantitativopuestoquelos factoresde sensibilidadson
independientesde.los efectosde matriz, con lo cual no se tienen en curenta las
0 ‘0 20Sptttefiflg ‘un. (mini
0 ‘0 20 30 it 50
85
posiblesvariacionesde los coeficientesde retrodispersiónyde la profundidad de
escapede los electronescuandola matrizquerodeeal elemetitoen cuestióncambia.
Tampocosetienenencuentavariacionesen la formadel pico-Augercuandosufreun
desplazamient&quírnkócornoconsecuenciadehabervariadolamatriz. Sin embargo.
cuandono-serequierenrtsultadosdegranprecisión,este métodoes muy titil, porque
no iiecesita utilizar patronesparacadaelementoquese deseeanalizar.Aplicando la
fórmula (4.3) alastransicionesSi(LVV), N(KLL) y O(KLL) en la muestraOXNB-
(ver picos marcaddsen la flkuta 2.8), y utilizando los sigui¿ntes fábores de
sensibilidad:S30.2; SÑ’O.24;S
0=0.27;seobtieuieunaconcentración4, 10% at.
parael nitrógeno,unavezqueseha eliminadola contamittációnsuperficialde carbono
(la concentraciónreal en superficiedebeser, pues,algo mayor). Esta concentración
desciendeenel interior del óxido al 3%at., mientrasquela concentraciónde átomos
de oxígeno,queensuperficieeraaproximadamentedel 55% at., pasaa serdel 61%
at. enel volumendel óxido. Estosresultadosapoyanla tesis de quela nitruración
consiste, efectivamente,en unareacciónde intercambiode átomosde oxígenopor
átomosde nitrógeno.
4.2.2 CaracterizaciónAuger eléctrica
Enesteapartadosevanareseñarlos resultadosexperimentalesque se obtuvieron
enelestudiode- la dependenciadelas cunasde desplazamientocon la energIaE~.
Este-estudiose llevó a caboen unamuestraOXNA, y se emplearonlas-siguientes
condicionesexperimentales: -
86
E, = 1-3kV
* L,, = 0.5-1.210”Acm
* adquisicidndedatos:métodode La pendiente
= 0.05-0.15Ccm” -
donde¡,,~ esla densidaddecorrienteinyectada.La figura 4.3 presentalos resultados
quese obtuvieron.
5
a>
o
zra~
ooE-z
o-
o
4
3
2
1
o
X~Xkk1 kV exp.2 kV exp.3 kV exp.1 kV teor.2 kV teor.3 kV teor.
DENSIDAD DE CARCA INYECTADA (x 1017 criC2)
Figura 1.3: comparación da las curvas experimentales obtenidas a 1,2y 3 kv en una muestra OXNA con las curva, teóricas de desplazamientoobtenidas a partir del modele de a.rmaltzación.
Se puedeapreciaren la figura quela curvade 1 kV correspoAdeala de mayores
desplazamientosdel pico Auger.A medidaque aumentaE,, para la misma dosis de
87
cargainyectada,los correspondientesdesplazamientosson cadavez menores.En el
capítuloanteriorse hablapropuestola influenciade los procesosdeternializaciónen
el-flujo efectivode electronescomo-el mecanismoresponsabledeestadependencia.
Con objetodecomprobarla validezdelmodelodetermalizacióndesarrollado,se-van
a compararestascurvasexperimentalesconlas curvasteóricas- generadaspordicho
modelo para las mismascondicionesexperimentales(ver figura 3.9). La figura 4,3
ilustra tambiénlos resultadosde la comparación,siendo bastantesatisfactorioel
acuerdoentre teoríay experimento.Por lo tanto, el formalismo de termalización
consigueexplicar la dependenciaen energíade lascurvas-dedesplazamientoAuger
en estamuestra.
Tabla 4.1: ValoreS del partoetro de terma-IncIdo, r, para las muestras 0304A y.OXNB
E,(kV): 1 2 3
OXNA 3.6 1.1 0.5OXNB 4.1 1.2 0.6 -
En la tabla ti se reflejan los valoresdel parámetrode termalizációnpara las
energíasutilizadas.Éfectivamente,secompruebaqueparalkv, el valor deres3.6,
y los efectós de termalizaciónen el flujo de electrones son- prácticamente
despreciables.Sin embargo,para4=2kV, el parámetrodeterinalizaciónindicaque
el-espesorde lamuestranoessuficientementegrandecomoparatermalizardemanera
efectiva el flujo de electronesincidente;enestecaso,los efectosde la termalización
jugaránun papel importanteen la cinéticade llenadode las trampaí.
88
Si seobservanlos valoresdei parala muestraOXNB, la situaciónque sepresenta
esanáloga,previéndosediferentescomportamientosde lascurvasdedesplazamiento
en función de la energía.Paracomprobarestepunto,se realizó la caracterización
eléctricaAugerde lamuestraOXNB, empleándoseparaello lassiguientescondiciones
experimentales
* E, = 1-3 kV
= 0.5.1.2dO”Acm’
adquisicióndedatos: m¿todode La pendiente
* AQ,~ 0.05.415Ccm
a
V 7
e 85:2Z 55:2
5:2~ 4o —1kv tea.E— .-n-e-. 2kv icOr.z 3
‘‘~ 3kV tea.-l-++4-4’ 1 kV exp.
= 2 x~,ocx 2 kV exp.N
- aaatA 3 kv ~
0~ ¡
~ 0-•.-.0 1 23 4~5 6 7 8 9
DENSIDAD DE CARGA INYECTADA (x ío’~ cm”2)Ftg’ora 4.4: comparación de jas curvas experimentales obtenidas en unamuestra 03043 a 1, 2 y 3 kV. con las curvas teericas generadas a partirdel madtlo de termali¿aci¿n.
89
Enla figura 4.4 se presentanlos resultadosobtenidos.Tal y comocabíaesperar,
apareceunadepéndenciade la forma delas curvasconE~. Al pasarde 1 a 2 kV, el
desplazámientodel pico disminuye para un mismo valor de densidadde carga
inyectada.Sin ¿mbargo,y a diferenciadel casoanterior, no aparecendifereactas
significativasentrelas curvasobtenidasa2 y 3 kV. La comparaciónde estascurvas
experimentalesconlascurvasteóricasobtenidasenlasmismascondiciones(ver figura
3.11) se presentaigualmenteen la figura 4.4.
El primer punto quehay queresaltarsobre estacomparaciónes que el modelo
explicade formacualitativalos resultadosexperimentalesquesehabíanobtenido.Para
las energíasdehaz de 2 y 3 kV, el modelopredicecurvasmuy similaresentresí, que
siempreestánpordebajodela curvade 1 kV en-todoel rangodedensidadde carga
inyectada.Estecomportamientoeselmismoquepresentanlascurvasexperimentales.
Sin embargo,existeunadiscrepanciaentrelos valoresde desplazamientopredichos
por eí modelo y los obtenidos experimentalmente.Esta discrepanciaempiezaa
aparecerparaunadensidadde corrienteinyectadade 1.510” cm”, apartir de la cual.
las curvas~xpedmentalespresentanunasaturaciónmásrápidaquelaprevistapor el
módelo. Al final delexperimento,la diferenciaentreambasfamilias de curvasesdel
30%. Este hecho, unido al buen acuerdo que se había obtenido entre teoría y
experimento para la muestra OXNA, lleva a pensar que, en el modelo de
termalizaciónpresentado,no se hatenido en cuentaalgdn tipo de efectoadicional.
Este ¿fectoserádiscutidoposteriormente.
Si se comparanlos resultadosobtenidosen la caracterizaciónAugerde ambas
90
muestras,unodelos puntosmásinteresantesqueresultanesla necesidadde introducir
unacomponenteconunaseccióneficazde 10.16 cm’ paraexplicarcualitativamentela
dependenciaconE, de las curvasde desplazamientode la muestraOXNB. Las otras
doscomponentes,e-)7 y c-18, aparecenen ambostiposdemuestras,condensidades
similares. A la vista de los perfiles de profundidad de las figuras 4.1 y 4.2, la
componentec-)6 parecedirectamenterelacionadacon la presenciade nitrógenoen
todo el volumen de la lámina, de lo que se deduceque estecentro de caprura
correspondea un defectoinducido por el propio nitrógeno. Esteresultadoapoyael
trabajode Severi e lmprontt, que utilizando la técnica de caracterizaciónC-V
midieron en una muestrade SiO, nitruradaen amoniaco,una trampacon sección
eficaz u=10” cm’. que atribuyerona un defectorelacionadodirectamentecon la
presenciade nitrógenoen el óxido. Recientemente”,en muestrasde oxiitruro de
silicio sehaidentificadomedianteresonanciade 5pm (ESR) un defectoasociadoaun
enlacede nitrógenosin saturar, y queacoJacomocentrode capturade electrones.
Pantelides”ha demostradoteóricamentequelas impurezasdel grupoy (N, P, As,
-Sb) puedenactuarcomotrampasdeelectronescuandosustituyenal oxigenoenlared
del SIO,. Además,Pischesti” ha medido centrosde capruracon una seccióneficaz
de JO”’ cm’ enmuestrasde óxido de silicio implantadascon arsénico.Engeneral, la
confrontaciónde resultadosexperimentalesdediferentesautoresresultadifícil, dadas
las diferentescondicionesde preparacióny tratamientode lasmuestrasestudiadas.Sin
embargo,los resultadosobtenidosen el presenteestudiosobremuestrasnitruradasa
apanirdel mismoóxido base,permitenestablecercon un mayorgradode seguridad
91
la relaciónentrela trampacon a=íO’’ cm’ y-algtin tipo dedefectoinducidoporeí
nitrógenoincorporadoen el volumendel óxido.
- Como resumen,- en estecapítulose han presentadoresultadosquehan permitido
verificar la validez-delmodelo de termalizacióncomóexplicaciónde ladependencia
con la energía-E~ dél haz primario de las curvas de desplazamiento.Además, la
comparacióndelosdatosobtenidosmediantelacaracterizacióneléctricaAuger. tanto
para la muestraOXNA como para la OXN’B, y en conjuncióncon la información
proveniente de los’ ‘clásicos” perfiles Auger de composiciónen profundidad, ha
permitidoasignarel centrodecapturaconunaseccióneficazde 10~’ cm’ aun defecto
inducido por:elnitrógeno.Este esun claroejemplode las posibilidadesquepresenta
la espectroscopiade electronesAuger cuandose combinala información de tipo
eléctricoconla informaciónde composiciónquímica.PorUltimo, sehaobservadoen
las muestrastratadasen amoniacoun efectode carga adicional, no-incluido en el
formalismodelos procesosdecapturaelectrónica,y queserátratadoampliamenteen
el siguientecapítulo. -
4.3 REFERENCIAS
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94 -
5
Generación de carga positiva inducida
por el haz de electrones.
5.1 GENERACIONDE CARGA POSITIVA.
5.1.1 Introducción.
Uno de los fenómenosmás estudiadosen la literaturaespecializadaes el de la
generacióndecargapositiva enel óxido de silicio y enla intercaraSiO,/Si inducida
mediantediferentesfuentes,comopuedenserla inyeccióndeelectrones’4,inyección
de huecos’7, aplicación de campos eléctricos ~o O irradiación con
fotones”’2. La mayor parte de estos trabajos se han realizado mediante la
caracterizaciónC-V de estructurasMOS. Esta técnica pone de manifiesto la
generaciónde cargapositiva en la intercaraSiO,ISI cuandose sometela estructura
Mes acualquierade las fuentesde dañadoanteriormentecitadas.Además,también
revelaunaumentode la densidaddeestadosenla intercara.El problemadeencontrar
un modeloestructuralqueexpliquela formaciónde la cargapositiva y de los estados
de la intercarasigueabiertoen la actualidad.
Cuandose inyectanhuecosde maneraintencionadaenla bandade valenciadel
óxido, la mayorpartequedanatrapadoseno cercadela intercara,dandolugara una
95
acumulaciónnetade cargapositiva. Sin embargo,en muchasocasionesapareceotra
componentede cargapositiva,diferentede la contribuciónde los huecosatrapados,
y quese conocecomocarga positiva anómala’’. La diferenciaentreambostipos de
carga,desdeelpuntodevista experimental,essu comportamientoal aplicarunvoltaje
blas al condensadorMOS. Mientrasquela cargaanómalavaríadeformareversible
con cl voltaje blas, -la carga-asociadaa huecoslo hace de manenirreversible.
Trornbettay col.’ hansugeridounaexplicaciónde este diferentecomportamientoen
relacióna laposicióndel nivel de energíacorrespondienteaambostiposde defectos.
Una de las técnicas más utilizadas a la hora de abordarel problemade la
identificación de los defectosresponsablesde la generaciónde cargapositiva es la
resonanciaparamagnética(ESR -Electron Spin Resonance-).Estudios realizados
mediant&estat&wjca’’’4 bah identificado dos tipos de defectosque puedenser
responsablesde la cargapositiva.Uno de ellos, denominadocentroP~, consisteenun
átomo de Si ligado a otros tres átomosde Si en la intercara, y con un enlacesin
saturar.Un seg&ndodefecto,denominadoE’, seidentificacomoun átomode Si ligado
atresoxígenosenel SiO.,y tambiénconun enlacesin saturar;se tratadeun defecto
pordeficienciadeoxígeno. El centroE’ actúacomo trampade huecos,mientrasque
el centro~b tiene carácteranfótero. Otros defectosquese puedenidentificaren el
éxido, estánrelacionadosconexcesode oxíseno.PuedentenerlaestructuraO, Si-O- -
O:! Si~O, (radical peróxido) ó O,sSi-O:/H-O-Si-O,(‘nonbondingoxygen hole
cerner’). Como nomenclatura, se utilizará un guión (.) para indicar un enlace
saturado. t’ Un punto () para indicar un enlacesin saturar. En la figura 5.1 se
96
presentaun resumendeestetipo dedefectos.
NBo.~c‘of’
E
- 4½‘o
3i05 • Si
.0 Y •<‘— oO
Pb
O
Figura 5.1* Diferentes tipos de defectos presentes eno]. Sio.. (nf. 15>.
DiversosautoresíO.~í4hanencontradouna relacióndirecta entrela densidadde
centros P~ y la densidad de estados de intercara generados.También se ha
encontrado’~’ que la densidadde centrosE’ correspondeaproximadamentea la
densidadde huecosatrapadosen la intercara.Con estosresultadosexiste, pues,un
acuerdogeneralizadodequeal menospartede la cargapositivageneradaenel óxido
de silicio correspondea átomosde Si trivalentes,estoes,con un enlacesin saturar,
situadosenla intercaraSiO2/Si o cercade ella, enun entornodeunos 200 Á.
Enlo referenteal mecanismode generacióndeestosdefectos,dosson los modelos
quese han propuesto:
97
al El modelo de imnacro, segúnel cual la carga positiva es generadamediante
procesosde ionización por impacto o algún mecanismobasadoen procesosde
colisión. Este modelo fue propuestopor Weinberg~S,y en él la formacióndecarga
positiva sigueel siguienteproceso
i) Los electronesinyectadosdesdeel sustratoal óxido segúnmétodos
convencionales,sonaceleradospor el campoaplicado,llegandoa la región
anódicaconsuficienteenergíacomoparagenerarparesele:trón-huecomediante
ionezacióhinterbandapor impacto.
U) Porefectodelcampo,los huecosviajan a la intercaraSiOJSi,dondeson
atrapados. -
Klein y Solomon” y Nissan-Coheny col.’ han desarrolladovariantesde este
método a partir de cálculos más refinadosde la expresión- de la probabilidadde
impacto.
b( El modelode diñisión, donde el procesoque tienelugar es la difusión haciala
intercara SiO,ISi de alguna especie neutra, probablementerelacionada con el
hidrógeno, generada en - el volumen del óxido’~. Diversos autores”~ han
encontrado indicios de la difusión de especieshidrogenadashacia la intercara.
Además,perfilesenprofundidadrealizadosmedianteespectroscc’p<ade masasde iones
secundarios(SIMS) han revelado una acumulaciónde hidtczenoen la intercara
durantela inyección de electronesen la muestra-’.Griscom y col?0 han su2erido
comomecanismode producciónde hidrógenola roturade enlacesOH con la energía
liberadaen la recombinaciónde pareselectrón-hueco
98
!Si—OR+ excitón — aSí—O’ • IV (5.1)
Parala creacióndedefectosP~, sehapropuestola siguientereacción~
Si,sSi—H H — 54.51 + (5.2)
dondeel hidrógenoliberadoen la reacción(5.1), cuandoéstatienelugar cercadela
intercara,reaccionaconenlacesSi-H tensionados,paraformarenlacesde silicio sin
Enla figura 5.2 se encuentranresumidosalgunosdelos procesosinducidos
en el SiO, medianteaigin tipo de radiación
Figura 5.2: Esq’2e0a de algunos de lo. procesos que seinducen en e]. 510. mediante radiación tt*f. 20>.
Warreny Lenahan’0,analizandomuestrasde SiO, dediferentesespesores,deducen
que los centrosE’, que solo aparecenen muestrascon espesoresmayoresde 500 A,
o-. o,- —
99
se originanmedianteun procesode ionizaciónpor impacto.En muestrasdelgadas,la
carga positivaque seorigina no se debea estos centros, y correspondea la carga
positivaanómalareferenciadaanteriormente.Estacargaanómalaseproduce,pues,por
un mecanismodiferenteal de la ionizaciónpor impacto’’0.
5.1.2. Dependenciadelosdesplazamientosconel espesordeóxido y laenergfadel
hoz deelectrones. -
En los capítulos3 y 4 se llevó acaboel estudio de la infidenciade la energíadel
hazprimario en los desplazamientosdelpico Auger. El modelodesarrolladopreveía
una dependenciade estos desplazamientoscon E, a través del parámetro de
ternialización r. Sin embargo, el valor de este parámetro (rd,,1R0) depende
igualmentedel espesordelóxido d~. UnavariacióñcombinadadeE,y4 permitirá
realizarun estudio más amplio de los procesosinducidos por el haz de electronesen
películasdelgadasde SiO¿ En estesentido, se vana analizarunaseriedemuestras
de diferentesespesores,-cuyascaracterísticasquedarondescritasenel apanado2.3.2.
En primer lugar -se llevará a cabo una caracterizaciónde las muestrasde tipo
composicional,paraposteriormenteabordarelanálisisde lascaracterísticaseléctricas
de dichas películas. La figura 5.3 presentael perfil Auger de composiciónen
pro5.xndidadpara la muestraOXOZ. Dicho perfil se ha obtenidobombardeandola
muestracon ionesAr aceleradosaunaenergíade 3 kV. La corrienteiónica medida
en la mUestraerade 15 nA. Simultáneamenteal bombardeo,se realizóla adquisición
de los picosAuger ¿orrespondientesa las transicionesSi(U,VV), tanto enel estado
loo
purocomooxidado,C(KLL) y O(KLL). La intensidadelectrónicautilizadafue de50
nA, lo suficientementebajacomoparaevitarproblemasdereduccióninducidaporel
haz de electrones.
200
c
¿ (60
oej
- 120e- ej
= so-e
40
z
20 40 6
TIEMPO DE BOMBARDEO (rniri)
Fi;urs 5.3: Perfil Auger de composict&n en- Drofundidad de la muestrs OXC2 (980 A>.
Como se puede comprobaren el perfil, las seflalesde oxígenoy silicio oxidado
permanecenconstanteshasta alcanzarla intercara SiO,/Si, donde desaparecen,
mientrasque crece la señal correspondienteal silicio del sustrato. Si se aplica el
formalismo semicuantitativodescrito en el apanado4.2, y utilizando los factores
relativosde sensibilidadS,,=0.2y S0=0.27,quefueroncalculadosendichoaparado.
se obtienen las siguientes concentracionesen volumen para silicio y oxígeno:
C,,~33%at. y C0=67% al. Estasconcentracionescorrespondenal óxido de silicio
estequiorn¿trico(SiOD, y permanecenconstantesa lo íargo de toda la muestra.Los
101
perfilesrealizadospara las muestrasOxcí y OXC3 presentanidénticosresultados.
Por. lo tanto desde el punto de vista composicional,las muestrasson óxidos
estequiométricos.
La caracterizacióneléctricaAugerde estasmuestrassehallevadoacaboutilizando
unascondicionesexperimentalestípicas:
E, =1-3kv -
• = 0.7-l’l0~ Acm
• adquisiciónde datos: métodode la pendiente.
~Q,= 0.09-0.12 Ccnt’
En todos loÉ experimentosrelacionadoscon estasmuestras,se han-medido los
desplazamientosdelpico correspondientea la transiciónSi(L,VV), enla regiónde
baja energía del espectro.Tal y como se puedever en la figura 2.9, estepico
correspondeal más intenso-delespectro.
En la figura 5.4 se represéntanlos resultadosquese obtuvierona 1 kV para los
tresespesorescitados.Lascunasde desplazamientopresentanunaclaradependencia
conel espesor.A medidadque disminuyeel espesor,el valor deldesplazamiento,para
unamismadensidaddecargainyectada,disminuye.Además,mientrasquelas curvas
obtenidasen las-muestrasOXCI y OXC2 ponende manifiestounadisminucióndel
potencialde- superficie, la curva asociadaa la muestraOXC3 muestraun ligefo
aumentode dichopotencial (disminución-dela energíacinéticadelelectrónAuger).
aunquenunca-superiora los 0.3 eV. -
102
a
1 (a)
~ 2’ -~= e-u
44tz .u .r oxciu t,.,s oxce
1’ .~ aaa4,OXC3¿ — —ajustez (b) — generadas
5 ____________________o- (c)N
e.el
o __________________
(12
DENSIDAD DE CARGA INYECtaDA (x 10” cm”)
Figura 5.4: Curvas de desplazamiento obtenidasa 1 kV en las nuestras t)~Ci <2020A>,0XC2 (980 Á) y OXC3 (305 .4>. La cuna de trazos (a> correspondeal mejor ajuste de Itcurva experimental obtenida en OXCI, mientras que las curvas continuas (1,) y (c)corresponden a los desplazamientos tedricos según ci modelo de nermalizacidn. calculadosa partir de los padmetros obtenidos en el ajuste.
El modelo de termalizacióndesarrolladoen el capítulo 3 predice, a travésdel
parámetrodetermalizaciónr, unadependenciadelos desplazamienosconel espesor
delóxido. Con el objeto de comprobarsi dichomodelo explicael comportamientode
las curvasde la figura 5.4, se ajusíó la correspondientea la muestraOXCI a una
exponencialdel tipo de la representadapor la ecuación(3.25),para obtenerasílos
parámetroscaracterísticosde las trampas.La elecciónde dicha curva se realizó
teniendo en cuentaque es la que presentalos mayores desplazamientos,lo. que
garantizaunamayor fiabilidad en los valoresde o y N quese obtienendel ajuste.El
mejoracuerdoentrela cunaexperimentaly teóricase consiguióttilizando unasuma
103
de dos exponenciales.La curvade trazos (a) de la figura 5.4 correspondea dicho
ajuste.
Tabla 5.1: Va]nres de e y .V obtenidos por caracterizaciónAuger, 1 kV en la mueatra Oxcí (202fl A).
- o - (cmZ) N (cm’3) -
2.310” 1.210”110”’ 3.3.106 -
Los valoresobtenidospara los parámetroscaracterísticosse muestranen la tabla
5.1, e indicanla presenciadedoscentrosde captura,con seccioneseficacesde 10”’
y lO” cmz, y densidadesde 16” cm’. Estosvalorescoincidencon los medidosen
muestrasde sifitíares‘¿aracterísticasmediantela técnicaC-V””’. Utilizando estos
parámetros,segeneraronlascurvasteóricasde desplazamientoqueel modelopredice
paralos otros dosespesores(muestras0XC2y OXC3). Estascurvassecorresponden
con las marcadascomo (‘o) y (c) en la figura 5.4. El acuerdoque se obtiene al
- compararcon los datosexperimentalesen el casode la muestra0XC2 es bastante
satisfactorio.De hecho,si se ajustala curva experimental,tal y comosehizo con la
correspondientea la muestraOXCI. nuevamentese necesitandos componentespara
conseguirel mejor acuerdoposible. Los parámetroso y N quese obtienenen este
caso,dadosen la tabla 5.2, son muy similares a los obtenidospara la muestramás
gruesa.
104
Tabla 5.2: Valores de o y fl obtenidos por c.rsctezizacidnAuger a 1 leV en la muestra 0XC2 (980A>.
u (cm2) N (cm’)
- 2.7~l0”’ 1.510”1.540”’ 2.210”
Porlo tanto, la ecuación(3.25) explicade maneraadecuadaelcomportamientode
las curvasdedesplazamientoAugerconeí espesordel alslante.Parala muestramás
delgada,las previsionesdel modelo (curvac) indican que no cabeesperarningún
desplazamientodelpico Auger.
(a).< 2
(b)o (e>
cxc,exca
1 oxca— generadas
0 5 2 3 4 5 é
DENCIOAD DC CARCA INYECTADA (x 50” cmfl
Figura 5.5: Curvas de desplazamiento tedricas (a>,~),(c) yexperimentales,obtenidasa 2 kV en las nuestrasOXCI (2020k), OXC2(980 A) y OXC3 <305 A) respectivamente.
105
Experimentalmente,sin embargo,se observauna-ligera disminución de la energía
cinética del electrón. Este-pequeñoaumentodel voltaje de superficie puede ser
indicativo de algún tipo de dallado, no incluido en el formalismode termalización.
Esteefectose ponedemanifiestoclaramentecuando-seaumentala energíadelhaz
primario. La figura 5.5 representalos resultadosobtenidos en la caracterización
eléctricaAuger de las tresmuestraspara unaénergíaprimariaE,= 2 kV. Asimismo,
secomparanlascurvasexperimentalesconlascurvasteóricas(a), (b) y (c), generadas
segúnla ecuación(3.25) utilizando los parámetrosde la tabla 5.1. Parala muestra
OXCI, el acuerdoentreexperinientoy modelo es bastantebueno.Por otro lado, al
realizarel ajustede la curvaexperimentala exponencialesdel tipo de la ecuación
(3.25), se reproduce la existencia de dos componentes,cuyos parámetros
característicos~‘ienendadosen la tabla5.3. Estosvaloresdeay Npresencanun buen
acuerdocon-los correspondientesdelas tablas5.1 y 5.2. Estosresultadosindican que
la capturaelectrónicaesel principalfenómenoresponsabledel desplazamientodelpico
Auger. -.
Tabla 5.2: Valores de a y N obtenidos por caracterizacióo• .¾~er a 2 kv ~,, la muestra OXCI (2020k.
o’ (cm> N (cm’3) -
- 2.7~l0” 1.510”
Sin embarsc.el componamienrnprevistopara las curvasde desplazamientoen las
106
muestras0XC2 y 0XC3 se separaclaramentede los resultadosexperimentales.
Mientrasqueparala muestraOXC2 el modelodetermalizaciónprediceun pequeño
desplazamientodel pico (=0.4 eV) haciaenergíasmayores, la curvaexperimental
muestraclaramenteunadisminuciónde la energíacinéticadelpico Auger.Estemismo
comportamientopresentala curvaobtenidaen la muestraOXC3; por el contrario, el
modelo no prediceningún tipo dedesplazamientoen estecaso.
3-
(sí4 2
o
~ 1 —,
yfr O <e>
a ~ cxci~8 excaexca
— gen.redsu-2~ -2 - i -4 6 e ú e g jo
nEXaIDAn DE cARCA INYECTADA t~ 10” cm’)
Figura 5.6: Curvas de desplazansienín teóricas (a>, <b) <e>, yexperimentales, obtenidas sí kV en las muestras OXCí (2020k), 0XC2(980.4) y OXCí (305k, respectivamente.
La caracterizacióneléctricaAuger de las tresmuestrasparauñaenergíaprimaria
4=3 kV presentaresultadossimilares.La figura 5.6 ilustralascurvasexperimentales
obtenidas.Nuevamente,sepresentantambiénlascurvasteóricasgeneradasapartirde
107
- laecuación(3.25)utilizandolos parámetrosdadosen la tabla 5.1 (curvas(a),(b)-y
(c) de la figura). Parala muestraOXCI, los desplazamientosexperimentalesquese
obtienen muestran una,disminución del voltaje de superficie. El - modelo de
termalizacióngeneraunacurvaquerepresentatambiénunadisminucióndelvoltajede
supefficie, aunquelos yaloresde desplazamientoque prediceson mayoresque los
observadosexperimentalmente.Despuésde unadensidaddesasgade 10’. cm2, la
diferenciaentreambascurvases de aproximadamentede 0.5 eV. Las curvasparalas
muestrasOXC2 y OXC3 presentancomportamientossimilaresa los obtenidospara
E> =2 kv. Mientrasqueel modelo predicequela posicióndel pico prácticamenteno
debede variar, las curvasexperimentalesmuestranun desplazamientodelpico Auaer
haciaenergíasmenores.Este desplazamientoes de aproximadamente0.7 eV cuando
se ha inyectado l0’~ electrones/cm2.Por lo tanto,-para 4=3 kv, el modelo de
termalizaciónno reproducelas curvas experimentalesde desplazamiento.Cabe
concluirquelds procesosdecapturaelectrónicaiñcluidosenel modelo no sonel único
- fenómeno responsabledel desplazamientode la posición en- energía de los picos
Auges.
Los aspectosmás relevantes que se puedenextraer de este estudio de la
dependenciadelos desplazamientoAugerconel espesordelóxidoson las siguieníes:
¿3 El modelodetermalizaciónexpli¿adeformaadecuadael comportamientode las
curvasde desplazamientoparaE,= 1 kV. La ecuación(3.25) prediceunaumentodel
potencialdesuperficiecuando,pasauna energíadehaz fija, se disminuyeel espesor
de la-películaaislante.La-figura5.4 muestraexperimentalmentedichoaumento.Sin
1OZ
embargo,hay quehacernotar-unaligeradesviaciónde la curvaen la muestramás
delgada,quemuestraun desplazamientonegativoen emergíadel pico en cuestión.
II) Por el contrario, para energíasprimarias de 2 y 3 kV, aparecenclaras
diferenciasentrelasprediccionesdelmodeloy los resultadosexperimentales,amedida
quese disminuyeel espesordedxido. Lascurvasobtenidasen las muestras0XC2 y
0XC3 correspondena unadisminuciónde la energíacinéticadelelectrónAugerentre
0.5 y 1 eV, mientrasque las cunasteóricasmostrabanunos desplazamientoscasi
nulos. Por otro lado, las prediccionesdel modelo de termalizaciónajustan los
resultadosexperimentalesobtenidosa2 kV enla muestramásgruesa.Sin embargo,
los desplazamientosteóricos para 3 kV son mayores que los obtenidos
experimentalmente.
iii) Estasdiferenciasentreteoríay experimentosugierenquela capturade carga
en trampasde electronesno es el único fenómenoinvolucradoenel desplazamiento
del pico Auger. El aumentodel potencialde superficieenel óxido quese da en las
muestrasOXC2 y OXC3 pone de manifiestounaacumulaciónnetade cargapositiva
enel óxido. Parecelógico, pues,suponerquelos desplazamientosnegativosdel pico
Auger son debidosa generaciónde cargapositiva en la película inducida por el
bombardeoelectrónico.
En la figura 5.7 se presentanlas mismas curvas,pero comparandopara cada
muestrala influenciaen las mismasde la energíaprimariadel haz. Se puedeobservar
que las curvascorrespondientesadesplazamientosnegativosno presentanuna fuerte
dependenciani conel espesorni con la enetgíadel haz, siguiendotodas unacinética
109
2] ~
-~‘it
t 9 2 2 4 5 8 7 8 95CNSDÁD TÉ ~.ItA S’YSCIAO&
exca
E .090tkV
a 20499789
Dcssiosfl It c2R04 IxYÉaAtA ti OC cm
3 4 5 e 7 1 9 :0
D”LS 53 33 cARtA sv1375fl4 o :0’
Figura a 7: Curvas de desplazamiento a 1, 23 kV obtenidas en CXCI <2020.4), OXC2
(980 4) ,. CXC)(305 Á>.
muy similar. Porel contrano las curvasde desplazamientopositivo presentanuna
Coara dependenciacon d0, ~ E,. Ssíadependenciaquedajustificada enel marco del
modelo de ¡ermalizacion.-
110
5.2 MODELO DE GENERACION DE CARGA POSITIVA.
En el apanado5.1.1. se han resumido los resultadosprincipales obtenidospor
diversosinvestigadoresen el estudio dela generaniónde cargapositiva enpelículas
delgadasde SiO2 mediantela técnicade caracterizaciónC-V. Uno delos resultados
más interesantessc refierea la localizaciónespacialdeestacarga.A diferenciadela
distribuciónde cargaatrapadaen trampasde electrones,queesconstanteen todo el
óxido, lacargapositivaseoriginaen la intercaraSiO2/Si o sus proximidades.Es fácil
comprobarqueladisminucióndela energíacinéticadelelectrónAugerqueoriginaría
unahojadedensidadsuperficialde cargaN situadaaunadistanciaz~ dela intercara
viene dadopor la expresión
quese obtienesin más queintegrarla ecuacióndePoissoncorrespondiente.Si envez
de una hoja de carga se tiene una distribución no uniforme Q(z), el formalismo
utilizado esmuy similaF”27. En estecaso, el desplazamientode energíase obtiene
como
4—
JZQ(Z)dZ (54)
= o
e
Tomandoel origende coordenadasen la superficiedelóxido,si se defineelcentroide
de la distribuciónde cargaz< como
III
4—
Jz0(z)dz
O • (5.5)
f (z)d~
ola ecuación<5.4) se puedeescribircomo
eN 4 (56)e
4
donde N~ = ~5~N esunadensidaddecargasuperficialefectiva( N. = f q(z)dz ).
4,,
Las ecuaciones(5.3) y (5.6) son formalmenteidénticas,donde ahoralos parámetros
a teneren cuentason el centroidez. y la densidadefectiva Parae’ caso deuna
densidadde cargaconstante,el valor del centroide es d88/2, y la ecuación(5.6) se
transformaen la conocidaexpresión(3.3).
Con el objeto de analizarde forma cuantitativala generacióndecargapositiva,y
a la vista de las curvasexperimentales,se proponeuna cinéticade generaciónde
primerorden”t segúnla cual la disminuciónde la energíacinéticadel electrónAuger
vienedadapor
= eN.1d~( - .a’x) (5.7)
e
dondecl es la sección eficaz de formación de carga positiva. El estudio de la
generacióndecargapositiva se“a arealizar utilizando en un primer pasolas curvas
obtenidasa 3 kV en las muestrasOXC2 ‘~‘ OXC3. Ajustandoambascunasa una
112
exponencialdel tipo dela ecuación(5.7), seobtienenparalos parámetros14y ej los
valoresque sepresentanen la tabla 5.4
Tabla 5.4: Valores de cf y A’,, obtenidos por c.ncterizseiénAuger .3 kV en las n,ues’rasOXC2 <a) y OXC3 (b).
- 0; (cm) N~ (c&)
1.110”’ 4.5-10’’ (b)
En amboscasos,las curvasse ajustana unaúnica exponencial,indicativo de un
único tipo de defectosresponsablesde la generaciónde cargapositiva.Esta idease
ve reforzadapor la similitud de los valoresqueseobtienenpara la seccióneficazde
formación en ambasmuestras.Si suponemosquela densidadsuperficial N$ es
constante,es decir, independientedel espesorde óxido, la relación quese obtiene
entrelos centroidesde cargapara ambostipos de muestrases, segúnlos valores-de
la tabla 5.4, z9(OXC3)/t(OXC2)nO.7. Si la carga positiva se generasólo en la
ontercara,la relación de centroidesqueseobtendríaseriade z,(OXC3)Iz¿OXC2)=
d,8(OXC3)/d,,(OXC2)=O3,valor queno correspondeal experimental.Por lo tanto,
en nuestrocasolos centroidesde cargano parecensituarseen la intercara.sino que
másbien debendeestarlocalizadosenel volumendelóxido. Más concretramente.el
hecho de que la relación experimentalentre centroidespara ambasmuestrassea
próximaa la unidadsignificaque la posicióndelcentroidede carganodebepresentar
una fuertedependenciacon el espesorde óxido. Fischetti’ encontróun resultado
113
similaren experimentosdeinyecciónde electronesporavalanchaaplicandoun voltaje
bias negativoa la puerta del sistemaMOS empleado.En estecaso, el valor del
centroidepara la cargapositiva se situabaclaramenteen el volumendelóxido.
Como resumen,deestaprimerapartedelestudiosepuedendestacarlos siguientes
puntos:
1) Existeun únicotipo dedefectosresponsablesde lageneracióndecargapositiva.
fi) El centroidede la distribución de caraa~sesitua enel volumendel óxido, más
queen la intercara.
Con estasdos ideasenmente;se hapropuestoun modelode generaciónde carga
positiva basadoenla función de deposiciénde energía~r’z)queseintrodujo en el
capítulo3.
Como se ha señaladópreviamente,los centrosE (O3~Si-)son unade las fijentes
de generaciónde car2a positiva en el óxido de silicio. En un experimento
convencionalde inyecciónporavalancha,los electronesviajan atravésdelóxido con
una energía media del orden de eV. Weinberg y col.’ han estimadoun valor
aproximadode 13 eV comoenergíaumbralparaconseguirunaionizaciónporimpacto
en el SiC:. Brorson y col”, usando unatécnicade emisión en vacío, midieron la
distribución de energíade los electronesinyectadosen eí óxido. Observaronqueen
películas con espesoresde 500 A se necesitabancamposanódicosdel ordende 9
MV/cm paraconseguirquela colade la distribución en energíade los electrones
superasela energíaumbralde ionizaCión.Si la muestraerade lOCO A, el valor del
campoanódicosc reducíaa5 MV/cm, quesiguesiendoun campobastanteintenso.
114
Porlo tanto, un modelodegeneraciónde centrosE’ medianteprocesosdeionización
por impactoen experimentosde inyecciónde electronespor avalanchasolo puede
utilizarseen muestrasgruesasy aplicandocamposintensos.
Sin embargo,la situación físicaquese presentaen nuestrocasoes radicalmente
diferente.La figura 5.8 presentael valor dela energíamediade la distribución de
electronespara 1, 2 y 3 kV, así como las curvas de deposición•de energía
correspondientes. - -
<.>OXCS ,OXC2 OXCí
O ‘
~0
(b> (o)
- 3
2’
o0 500 1000 1500 2000 2500
ESPESOR DE OXIDO 2 (A)
Figura 5.8: Curvas de deposicién de energía $1:)y energía n,ediaE..(z) de la distribución de electrones pan 1(a), 2~t) y 3(c) kV.
El valor dela energíamediade los electronesen el óxido es suficientementealtacomo
para que seanperfectamenteposibles procesosde ionización por impacto en el
volumendel SiO,. Otro punto a teneren cuentaesquela energíano Se depositaen
la película de manerauniforme, sino quepresentaun máximo, tal y comosepuede
lIS
apreciaren la figura. Suponiendoque el ritmo derotura de enlaces,responsablesde
la generaciónde la carga positiva, es proporcionala la función de deposiciónde
energía,se puedeaproximarla posicióndel centroidede la distribución de carga
positiva a la posición del máximo de la curva de-deposición,dondela rotura de
enlacespresentasu mayorefectividad.Teniendoencuentala expresióndela función
4’(z), quevienedadapor la ecuación(3.15),sepuedecalcularla posiciónteóricadel
máximo de energía.Dicha posicióncorrespondeaun valor ám=0.3R0.Realizandola
aproximaciónz<z,,, los valoresdel centroide de la distribución de enlacesrotos
correspondienteaa las energíasen estudio son: :4 k’V)t200 A; 443 kV>m 400k.
Estos seránlos valoresque se emplearánpara los centroidesde la distribución de
cargapositiva.
Con el fin de comprobarla validezdeeste sencillomodelo,se vana analizarlos
resultadosexperimentalespresentadosanteriormente.Enla figura 5.8, secomprueba
que, para2 y 3 kV, en el caso de la muestra0XC3, las curvas de deposiciónde
energíapresentansu máximoen un entornopróximodela intercaraSiO./Si. Teniendo
en cuentaquela intercaraesuna zonadondelos enlacesestándebilitados,debidoal
acoplamientode lasredesdelSiO- (?morfo>y del Si (cristalino),secomportarácomo
unazonade rupturamuy preferente,por lo que sepued&considerarqueel centroide
de carga estarásituadámuy próximo a la intercara. Los resultadosexperimentales
obtenidos-confirman esta idea. En la tabla 5.5 se presentanlos valores de los
parámetrosN~, ‘¿ o.’ obtenidos del ajustesegún la ecuación(5.7) de las curvas
experimentalesa 2 kV para las muestrasOXC2 y OXC3. -
116
Tabla 5.5’ Valores de cf’ y .V1obtenidospor caracterizacida
Auger a 2 kV en las muestras OXC2 (a) y OXC3 (b>.
o (cm2) N~, (cuí’)
0.610”’ 1.410” (a)1.410”’ 4.310” (b)
La coincidenciaen los valoresde N~, y of obtenidosenla muestraOXC3 a 2 y 3
kV (tablas5.4 y 5.5) indica quelaposicióndelcentroideenamboscasosesla misma.
Además,si la posicióndelcentroidese situa en la regiónde la intercarasetiene que,
en estecaso.elvalor deNdcorresponderáal valor realN’~ de ladensidadsuperficial
de carga. Una vez conocida la magnitud N¿, y con el valor de los centroides
estimadosporel modelo, sepuedenobtenerlos valoresdela densidadefectivaN~que
el modeloprediceparalas muestrasOXCI y 0XC2, y compararloscon los valores
experimentales.
Parala muestraOXC2, el factorde correccióncorrespondientea lascurvasde 2
y 3kV eszId~ 0.2 y 0.4, respectivamente.Los valoresesperadosdeN~asociados
a estosvoltajes, tomandoN4.5’l0” cm’, serían¡‘44 kV>=9 .1030 cm” y NJ3
kV)~ 1.810” cm’, que muestran un acuerdo muy satisfactoriocon los valores
experimentalesde las tablas5.4 y 5.5.Parala energíade 1 kV, la posiciónteóricadel
centroidesería:~0 kV)=60 Á, y e’ valor calculado para el potencialsuperficial
asociadoa la densidadefectivade cargacorrespondienteesde0.1 eV. Porestarazón,
el efecto de la generaciónde cargapositiva en el volumendebede ser totalmente
11’?
despreciableen las curvasde 1 kV. En la figura 5.4, correspondientea lascurvas
obtenidasen las tresmuestrasa 1 kV, se prueba,efectivamente,cómo las curvas
correspondientesalasmuestrasOXCI y OXC2 sepuedenexplicarmedianteejmodelo
de termalización,poniendodemanifiestoúnicamentelos efectosasociadosaprocesos
de capturaentrampasde electrones.La curvaobtenidaenla muestra0XC3 muestra
unpequeñodesplazamientonegativonoprevistopornuestromodelo,quepudieraestar
relacionadocon rotiara de enlacesen la propia intercarao sus proximidades,por
electrone~queno hayansido completamentetermalizados.En estesentido, hayque
recordarqueá 1 kV, la profundid3ddepenetraciónde los electronesesde cercade
200 A: y quelazonade enlacestensionadospuede llegar a lOO A más alláde la
iinercñra. -
3
-e
z
y 1~
- experimentalz rnod. termaliz.
— — — carga positivao teor. corregida
1 2 3 4 5 67 ¿ ó ibDEN~IDAD DE CARGA NYECTADA(x 10’ cm’)
Figura 5.9: cuna teórica de denplazarnieníos según el modelo deermal’,zación ob9enida a 3 kV para La muesira OXCI y corregid, con una
componente de desplazamiento asociada a a carga posiÉi’-a.
118
La diferenciaexistenteentrela curvateóricay experimentala3 kV enla muestra
OXCí tambiénpuede serexplicadautilizando estemodelo. La figura 5.9 presentala
curvateóricapredichaporeí modelode termalización,corregidaconla contribución
del desplazamientode la carga positiva. Esta componentenegativase ha estimado
aplicandoel factordecorrecciónz/d4,ala densidadobtenidaenlamuestra0XC3,
y suponiendounaseccióneficazuf = 10”’ cm. Conestosvalores,sehasimuladouna
cinéticade generaciónde acuerdoa la ecuación(5.7).
Como se puede comprobaren la figura, el acuerdoentre la curva teórica y
experimentales mejorunavez que se ha incluido el efectodela generacióndecarga
positiva.
En definitiva, el modelo propuestoexplicade maneraaltamentesatisfactoriael
comportamientode las curvasde desplazamientonegativo. Este modelo se puede
resumiren los siguientesaspectos:
1) La generacióndecargapositivaestáasociadadirectamenteaprocesosde ruptura
-de enlacemedianteionizaciónpor impacto,inducidosporel haz de electrones.Eneste
sentido,laseccióneficazdelproceso(a,~ = 10”’ cm2) esdelmismoordende magnitud
que la medidaenprocesosdegeneracióndecargapositivaasociadaala formaciónde
enlacesno saturados’.
ti) Estosprocesossonproporcionalesa la energíadepositadaen el sólido porel haz
de electrones,y cuyomáximo seencuentraaunadistanciaz,~0.3R.,de la superficie
del óxido.
iii) Los desplazamientosde la energíaAuger asociadosa la carga positiva no
119
presentanuna fuertedependenciani con la energíaprimaria ni con eí espesordel
óádo. -
‘1
iv) Estos dos parámetros,por el contrario, son imponantesa la horade buscar
condicionesexperimentalescon las que se minimice los efectosde la generaciónde- 4-. - - ‘
cargapositivaenel desplazamientode lospicosAuger. Estaminimizaciónseconsigue
conenergíasbajasy espesoresaltos. Por ejemplo, paraE,=i kV, la posiciónde los
picosprácticamenteno seve afectadaincluso aespesorestanpequeñoscorno 300A.
Sin embargo.paraespesoresde 2000 A y energíasde 3 kV la generaciónde carga
positivadesplazala posición de los picos.
5.3 REFERENCIAS.
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122
6
Tratamientos térmicos.
6.1 INTRODUCCION.
Desdela implantaciónde lasestructurasMOS enlatecnologíade semiconductores,
unodelos aspectosmásimportantesseharelacionadoconla búsquedade tratamientos
térmicosquemejorenlascaracterísticaseléctricasdelaspelículasdeóxido desilicio.
El procesodefabricaciónde un transistorMOSFET incluye unaseriede diferentes
tratamientostérmicosen atmósferasde O,, 14., H, o forming gas (N2+l0%H,),
aplicadosen rangosde temperaturaque varían entre 450C y 1000C’-’. Estos
tratamientosestánorientadosprincipalmenteaminimizarlos efectosdelos diferentes
tiposdecargaeléctricaquesepresentanenelóxido térmicode silicio. Enotros casos,
comopuedeser el tratamientocon forming gasa 450C, el objetivoes mejorarlos
contactoseléctricos metal-semiconductor.Por otro lado, la tendenciaactual en
Microelectrónicahaciala tecnologíadeultra alta escalade integración(ULSI) exige
trabajarcon espesoresparael óxido de puertaen tomoa 100 Á. En esterangode
espesores,lascaracterísticaseléctricasdelóxidotérmicode silicio noson aceptables,
ya queesprecisamenteen estaregióncercanaa los 100 it de la intercaraSiO,/Si
dondese concentrael mayornúmerodedefectos.En la actualidad,existeun número
123
importantedetrabajosdeinvestigaciónenfocadosal estudio detratamientostérmicos
en películas de SiO2 con espesoresmenoresde 300 M”
4 En estesentido, los
tratamientosde nitnaraciónde películasdelgadasde SiO2, a los cualessededicóel
capitulo4, cobranrelevanteimportanciaporla mejoraapreciabledelascaracterísticas
eléctricas(aumentode la constantedieléctrica, endurecimientode la intercaraa la
radiación,mejorade las propiedadesderuptura) de películasultradelgadasdeSiO2
(d~~,=300it). Sin embargo,unadelas desventajasde este tratamientoesel aumento
en la densidaddetrampasques~produce.Tratamientosposterioresdereoxidaciónde
la lámina’’” eliminan engranmedidaestos centrosdecaptura.La influenciadeotra
seriedeparámetros,comola iemperaturao el tiempode recocido, estáigualmente
orientadoa la mejori de la calidaddelas películas.9”””2
El objetivoqueseplanteaenestecapítuloesel estudiodela influenciaquepueden
tenerlos tratamientostérmicosaaltatemperaturaenla cinéticadelos desplazamientos
enenergíade los picosAuger. Con estefin, sesometióal conjuntodemuestrasOXC
aun recocidoa 1000Cenpresenciade un flujo continuodeamoniacode alto grado
de pureza.La duracióndel fralamientofije de 1 horaa partirdealcanzarel hornola
temperaturadeseáda.El interésdel NTH, se centraprincipalmenteen su aplicación
comoatentenitrurante(capItulo4). Énestecaso,la temperaturaelegida(1000C)no
es suficientementealta como paraconseguiruna fuertenitruración de las láminas
OXC. Nuestraatenciónse va a concentraren analizar los efectosdel recocido
propiamentedicho, comparandoposteriormentecon resultadosconocidosenrelación
a tratamientosc¿nvencionalesenatmósferade N..
124
6.2 CARACTERIZACION DE LAS MUESTRAS TRATADAS.
6.2.1 CaracterizaciónAugerde composiciónquímica.
Enun primerpasoseprocedióa la caracterizacióncomposicionalde lasmuestras,
usandocomoherramientala espectroscopiade electronesAuger,paraposteriormente
realizarla caracterizaciónAugen-eléctrica.Enla figura6.1 sepresentaelperfil Auger
de composiciónenprofundidadcorrespondientea la muestraOXCI, unavezquefue
sometidaal tratamientotérmico.
200
0a
oe0=
ooo-ooojze-z
180
120
80
40
o
TIEMPO DE BOMBARDEO (mm)
Figura 6.1: Perfil Auga de composiciónen profundidad correspondiente
a la muestra OXCI (2020.4> tratada tErmicamente.
El perfil seobtuvobombardeandola superficiedela muestraconionesAr acelerados
a3 kV. La adquisicióndeespectrosserealizóa intervalosregulares,simultáneamente
125
al bombardeoiónico. La densidadde corriente jónica utilizada fue de 10 nA al
principio del experimento,y al alcanzarla intercara,aumentándosea 30 nA durante
el análisisdelvolumendel óxido.Observandola figura 6.1, laprincipalnovedadque
se advienees la áparición en el espectrodelpico correspondientea la transición
—— ‘ • ‘ a(KLL) 379 eV del nitfógeno.Porlo tanto,existereacciónquímicadela películade
SiO2conla atmdsfe&d¿NH5enla queserealizóel recocido.Aplicand¿nuevamente
el tratamientoAugerse,iii¿uaiititativo,se obtienenlassiguientesconcentracionespara
la superficiede la muestra:C,=42% at.; C,=21% at.; C0’-37% at. La intensidad
del pico de C eralo suficientementepequeMcomoparapoderdespreciarsu influencia
en los cálculos.Parael sistema 51-0-14; se conocela estabilidadde las siguientes
cuatro fases: Si, SiC,, Si~N2O y Si,N4 “. Las posibles reaccionesquepuedentener
lugarentrela película de óxido y la atmósferanitruranteson”
35W2 + 41*f~ = 51914 + 6H20 (6.la)• 2H11, — SI2N2O’.3H20 (6.lb)
En el casoque estamostratando, la concentraciónde nitrógeno relativa a la
concentracióndenitrógenoy oxígenoesC,., C,4CN’4-C<,)0.36. Estevalordescarta
la existenciaúnica de Si,N4 (C~,= 1) o Sj,N,0 (4,= .67), siendo más razonable
suponerla coexistenciadetiño deesios compuestosconel óxido desilicio. Llamando
x a la fracción en la que apareceel productode la reacción (6.1), y siendo
lógicamente(Lx) la fracción en que apareceel SiC,, se puede hacerun sencillo
cálculoparaestimarlaconcentraciónrelativaC~, paracadaunadelasdos reacciones
posibles.La figura 6.2 esun resumende los resultadosobtenidos.Como se puede
126
1-o
0.8
0.6
ci0.4
0.2
0.0
Figura 61: Valores de la concentesciónrelativa 4, en función dela proporción x en queap.r~eel producto de la reacción (6.1>.
comprobar,no se puedendescartarningunadelas dos posiblesreacciones.Parael
valor C~,=0.36. se obtiene un valor x=0.22 para la reacción(6.la) y un valor
x=O.44 para la reacción(6.lb). Sin embargo,es posible suponerquela reacción
(6.Ib) espredominantefrentea lareacción(6.la), debidoa su menorvariacióndela
energía libre~. Por otra pare, algunos autores~2’ han sugerido la formación
predominantede Si2N2O en experimentosdenitruracióndesimilarescaracterísticas.
Paraun espectrocorrespondienteaun tiempode8 minutos debombardeoiónico,
el pico Augerdel nitrógenohadesaparecidocompletamente.Si serealizael análisis
semicuantitativo,las concentracionesqueseobtienenparaSi y O son lassiguientes:
Cn’35% at.; C
0t65% at., que correspondenal SiO2 estequiométrico.Estas
concentracionespermanecenconstanteshastallegar a la intercara,dondeaparecela
x
127
señalcorrespondienteal silicio del sustrato,disminuyendolasserialesde oxígenoy
silicio oxidado.Le velocidadde pulverizadode la películaquese ha estimadoes de
10 it/mm. Por lo tanto, la reacción de nitruración se ha producido hastauna
profundidadde unos80 A. A partirde estepunto, no seobservaseñaldeN ni enel
volumendelóxido,ni enla intercaraSiO,/Si. Estosresultadoscoincidenconlasideas
generalesexpuestasenel capítuloanteriorsobrela reacciónde nitruración,a saber:
a)Se tratadeunareacciónde intercambioentreoxígenoy nitrógeno.Enlafigura
6.1 se apreciala relaciónexistenteentrela disminuciónde la intensidadde
nitrógenoy el aumentode la señal,correspondienteal oxígeno.
b} La concentraciónde nitrógenoenpelículasdelgadasdeoxinitrurosesmayoren
la superficie que~n el restodel volumen.
c) La nitruraciónes un procesodedifusión y, por tanto, muy dependientedela
temperatura. -
En referenciaa este’último punto. cabe señalar~ueen nuestro caso-no se ha
producidola nitruracióncompletade la película, ya queno se detectaseñalde N en
el volumen de Ja láMina, tú’ tampocose observala nitruración preferentede la
inr¿rcaiíSiO,/Si. Probablementeesto seadebidoa quela temperaturano hayasido
suficieiitémentealta. ‘Por lotanto, la muestrano se puede considerar como un
oxinitruro de silicio.
Lbs resultadosqueseobtienenparala muestra0XC2 unavez quehasido tratada,
sonmnuvsimilareiadósexpuestosanteriorme~te.La figura 6.3 correspondeal perfil
de composicióndeestamuestra.Lasconcentracionesqueseobtienencrí superficieson
128
lassigtilentes:4-~46%a; C,—18%at.; C0—36%at.Laconcentraciónrelativade
nitrógenoqueseobtieneesC,,,~O.33,quecoincide conel valor correspondientea la
superficiede la muestraOXCI. Tampocopresentaincorporacióndenitrógenoen el
volumenola intercara.
120
.0
o1$a.o
o-co2
80
40
o
TIEMPO DE HOMBARDEO (mil,)
Figura LS: Perfil A’sger de cowposieitSr.en proflandida4 eornnspoediensea la muestra OXC2 ts&o A> tratadat~rmksco:e.
En el casodela muestraints delgada<OXC3), cl perfil de composiciónpresenta
algunasdiferencias.Dichaperfil se representaenla figura 64, Las concentraciones
que se obtienenen superficie son: C5,zr39% st.; C~~26% al.; C<gc3S% alLa
concentraciónrelativadenitrógenoesCN,=O43. valor queesun 20%mayorqueel
obtenido para la superficie de las dos muestrasanteriores. Esta concentración
disminuyeamedidaquesebambae-deala muestra,hastaquedespuésdeun tiempode
129
360
-, 320ea 260ou 240 SI(xO.5)
o ~Oo14 -
160
E 120o,z
80z— 40
oloo
Figura 6.4: Perfil Auger de conposicidnen proftndidad correspondientea la muestraOXC3 <305 .4) tra’ada térmicamente.
bombardeode30mm. ha descendidohastaun valor C~•,=0.05.Lavelocidadestimada
depulverizaciónfue de 3.5 it/mm. Por lo tanto, la concentraciónde nitrógenoha
disminuidoen relaciónala superficiehastaunaprofundidadaproximadade 100 it.
Sin embargo,y adiferenciade las muestrasanteriores,sedetectaserial de nitrógeno
a lo largode todo el perfil. Además,se observaun aumentode dicha señalal llegar
a la intercara. donde la concentración relativa de nitrógeno alcanza un valor
Cv~O.15. Esteaumentode la concentraciónde nitrógeno en la intercaraestáde
acuerdocon las observacionesdeotros autoresen películasdelgadasde oxinitruros,
tal comose habíaseñaladoen el capítuloanterior. En resumen,se puedeconsiderar
queel tratamientoen atmósferade NH, ha nitrurado la muestra0XC3, dandolugar
0 20 40 60
TIEMPO DE BOMBARDEO(mm)
130
aun oxinitruro de silicio típico. Porel contrario, las muestrasOXCI y OXC2 sólo
presentan incorporación de nitrógeno en un espesor inicial de 100 it,
aproximadamente.
6.2.2 CaracterizacióneléctricaAuger. Trampasde electrones.
Una vezrealizadala caracterizaciónde las muestrassometidasal recocidodesde
el punto de vista de composiciónquímica, se var, a analizarlos resultadosmás
interesantesquesehanobtenidoen el estudiode los procesosde capturade cargay
dañadoinducido porel haz.
ca2cacaooaca1N“1
4
a - Muestra OXCI
¡ — <a)— (b>21 —— =
(o)
1~~~~- Ca>
ji,, (c>
o -0 1 2 3 4 5 6 7 6 9 lO II
DENS!DAO DE cARCA IKY!cl’ÁflA Cx ID” cm”)
— tratada— — — sin tratar
Figura 6.5: Curvas de desplazamientoobtenidas en la muestra 0)10(2020 .4> a 1 (a>. 2 Ch> y 3 (c> kN’. antes y después del tratamientot¿nIIico.
131
En la figura 6.5 se representanlas curvas de desplazamientodel pico Auger
correspondienteála transiéión(L,,VV) delsilicio, obtenidaspañ1,2 y 3 kV enla
muestraOXCI, unavez que ha sido sometidaal tratamientotérmico’déscritoenel
apartadoanterior.Las condicionesexperimentalesen quehansido obtenidassonlas
reseñadasen ant¿rioresapanados.Además,seincluyeñlas ¿~irvas”cÉ~áespíazimiento
del mismo pi¿oenla “~¡uestra sin tratar, con el objéto de analizAr la influenciadel
recocidoendichascurvas.Comosepuedeobserv~r,los desplazamientosniedidosen
lasmues~Astinadasso’n muchomenores,estandoen cualquiercasopordebajode0.5
eV. Parececlaro, pues,queel tratamientoa alta temperatufah~afectadodemanera
drásticalos procesosde captura en trampasdel óxido. La tabla 6.1 presentalos
valoresde los parámetroscaracterísticosay /V quese obtienenal ajustarla curvade
1 kV aecuacionesdel tipo de las exponenciales(3.25).Enestecaso,el mejorajuste
se obtieneal utilizarunaúnica componente.Enla tabla6.1 sehanañadidolos valores
que se obtuvietonen el ajustecuandose utilizarondos componentes.
Tabla‘6.1: vibres de los parínaesros o ‘e Y obtenidos al ajustar la curva de1 kV correspondientea la nuestra OXCI <2020.4>tratada térmicamente.Seconparan los resultados obtenidos cusedoseeanpleanen el ajuste un, o doscomponentes.a través del valor del eíroi 5addtico medio r ‘e del coencientede informacidn de .A.kaike <CIA)... -
a (cm) N (cm3) r CIA
1 comps - 0.810”’ 7.310” 0.0216 -375.4
2 comp. l.5lO< 1.510” 0.0214 -3720.710” 610”
132
El en-Grcuadráticomedior para ambosajusteses muy similar. Sin embargo,el
criteriode informacióndeAkaike (CIA) es menorparael ajusteaunacomponente.
Este coeficienteesuncriterioparaminimizarelnúmerodeparámetrosquesepueden
variar en un ajuste.Representaun balanceentreel enorquese obtieneenel ajuste
y el número de parámetrosempleado,considerándoseel mejor ajusteaquel que
miimiza el valor de CIA. Además,es importanteseñalartambién que, ctsel ajuste
condoscomponentes,las seccioneseficacesqueseobtienendifierensólo en un factor
dc 2, por lo queno sepuedehablarde doscentrosdecapturadiferentes.Porlo tanto,
sólo se obtienela contribución al desplazamientodelpico Auger deun único centro
de captura,con unaseccióneficaz anaí0’7 cm2. Si se comparanlos valoresde los
parámetroscaracterísticosquese reflejanen la tabla5.6 paraunacomponenteconlos
obtenidospara la misma muestrasin tratar (ver tabla 5.1), se puedecomprobarque
el recocido térmico ha eliminado la contribución al desplazamientodel centro de
capturaconseccióneficazana í0’~ cm. Enla muestrarecocida,portanto,ladensidad
de este tipo detrampasdebeser menorque 10” cm”, valor quecorrespondea la
densidadmínimanecesariaenestamuestraparaobservardesplazamientosde los picos
Augerobtenidosa1kV. La trampaconseccióneficazmásrápida(qn lQ’~, cm2) sigue
contribuyendoaldesplazamiento,aunquesu densidadenla muestrasehareducidoen
relaciónal valorobtenido ante~del tratamiento.
Pareceexistir un acuerdogeneralizadoen atribuir la trampacon seccióneficaz
~= 1&~~ cm2 agruposH:O débilmenteIi2ados”’. El comportamientodeestecentroen
relaciónal recocidopuedeexplicarte a partir de la pérdidade “agua que sufre el
133
óxido al someterlea un procesode alta temperatura.Estapérdidadde ‘agua’ se
produce mediantedifusión de estos radicalesa travésdel óxido, escapandoen la
regitin superficial. La energíaparaactivar esteprocesono debeser muy grande.
Cornodato comparativo,la energíade activaciónde la difusión deagua en el óxido
de sili¿io es de 0.35 eV. Diversos investindores’.’’.2’ han encontradoun
comportamientosimilar de estecentro cuandose sometela muestraa recocidosen
atmósferade nitrógenoa temperaturasdelordendelos 1000C, observandoadémás
queestetratamientono afectade forma sustancialaotro tipo detrampas.-En nuestro
caso, la trampacon seccióneficaz c= 10”’ cm no se consigueeliminar medianteel
recocido, aunquesu densidadseha visto ligeramentedisminuida.Estatrampasesuele
asocaarcon la presenciade grupos OH en el óxido2546. Estos grupos pueden
reaccionarcon radicales(principalmentehidrógeno)que difundenen procesosa alta
temperaturá,siguiendoreaccionesdel tipo’4’
aSi—Qff + 11 — =51’ • H~O - (6.1)aSí-OH H — aS¡-Q-½-11,
que’explicaríanesaligera reducciónen la concentraciónde estoscentros.
Sise ajustanlascurvasobtenidasa2 y 3 kV segúnlaecuación(3.25),seobtienen
los ápar metrosa y A’ que se reflejan en la tabla 6.2. En amboscasosel mejorajuste
se conseguíautilizando una única componente. Se compruebaque los resultados
obtenidosparala curvade 2 kV son muy similaresa los quereflejan la tabla6.1, por
lo que el modelo de termalizaciónexplica de forma adecuadalos desplazamientos
obtenidos a este voltaje. Sin embargo,aparecenimportantesdiscrepanciasen los
134
valoresdelos parámetroscaracterísticosobtenidosapartir de lacurvade 3 kV. Este
comportamiento,que no explica el modelo de termalización, será relacionado
posteriormentecon fenómenosde generaciónde cargapositiva.
Tabla 6.2: Valoras de o y N nbten,dospor csractenzacsdnAuger a 2 t~) y 3 <b) kV en la muestra0)101<2020Á>tratada térmicamente.
a (cm’) N (cm”)
0.8-10’ 6’í0” (a)
Comoresumen,las conclusionesmás importantesquese puedenseñalarson
í) Los desplazamientosdel pico Auger enlas muestrassometidasal tratamiento
térmicoson menoresenrelacióna los resultadosobtenidosenlas muestrassin tratar.
II) El recocidohaafectadoprincipalmenteala trampaconseccióneficaz o íD”.
cmt, eliminandosu contribuciónal desplazamientodelpico Auger.
II 1) Sin embargo,la trampamás rápida («= lQ’t7 cm’) se ve afectadaen mucha
menormedidaporel tratamiento,y sigue contribuyendoal desplazamientodel pico
Auger. - -
iv) En general,el tratamientotérmico dadoa la muestraOXCI en atmósferade
NH, ha afe~tadoalascaracterísticaseléctricasde la películade unaforma muy similar
a los tratamientosen atmósferade N. reseñadosen la literatura.
Este último puntosugiereque la presenciade hidrógenoen la atmósferaen la que
se ha realizadoel recocidono ha jugadoun papel relevanteen el cambio de las
135
característicaseléctricasdel óxido. Esta apreciaciónestáen consonanciacon los
resultadosobtenidosenla caract¿rizacióncomposicionalde la muestra,indicandoque
la reacciónde la pelf¿ulacónla atmósferade amoniacosólo alcanzabaa un espesor
de 100 it de la lámina.
1.0 - Mueatra 0XC2
(a)
E 0.5 -~ - — — -
oc
1w . - -.c 05 -1
(cl
--1 --‘-= -(o)
‘o012 456789 1011
DE\CIDAD DE CARGA iNYEcTADA Cx íO~ cn<~)
Figura 6.6: Curvas de desplazamientoobtenidasen la muestraOXC2 <950A) a 1 (a), 2 <b> ‘e 3 (e) kV antes y despuésdel tratamiento térmico.
.6.2.3 Caracterización-eléctricaAuger. Generaciónde cargapositiva.
Una vez- estudiadoel efecto del tratamientosobre los centrosde caprurade
electronespresentesenel óxido, seva a analizarel comportamientode la generación
de carga positiva ante~esemismo tratamiento. Paraello, se van--a estudiar los
resultadosobtenidosen la caracterizacióneléctrica Auger de las muestras0XC2 y
~ratada— — — sin tratar
i36
OXC3.
La figura 6.6 presentalas cunasde desplazamientoa 1, 2 y 3 kV en la muestra
0XC2 tratada,comparándolascon las correspondientesdela muestrasin tratar. En
la figura, se observauna disminución en el valor del desplazamientopositivo
correspondientea la cuna obtenidapara 1 kV. Esta curvaevidenciafenómenosde
capturadeelectrones,ya querepresentaunadisminucióndel voltaje superficialdel
óxido. Cuandoseintentanajustarestosdesplazamientosal modekde termalización,
se obtiene la contribución de una única trampa. Los parámetroscaracterísticos
asociadossepresentanen la tabla6.3 -
Tabla 6.3: Valores de ay N obtenidospor caracterizacidoAuger a t kV en la n,ueste~0XC2 <980.4) traudatérmicamente.
o (cm’)
0.8-10”’
N (cm”)
1.410”
Comparandocon los valorescorrespondientesa la muestrasin tratar<ver tabla
5.2), nuevamenteseponede manifiestoque la contribuciónal desplazamientode la
trampamás lenta es eliminada,mientrasquela densidadde la trampacon sección
eficaz ot 10”’ ~ no sufre variación. Estos resultadosson muy similares a los
reseñadosanteriormenteparala muestramásgruesa.
Enlo querespectaalascurvasde desplazamientoobtenidasa2 y 3 kV, asociadas
a la generaciónde cargapositiva, se compruebaquetambiénse hanvisto afectadas-
por el tratamiento,disminuyendoclaramenteel valor del desplazamientodel pico
137
Auger en relacióncon las muestrassin tratar.
Tabla 6.4: Valores de a~7 y N, obtenidospor caracterizaciónAuger a 2 <a) y 3 ~>kV en las muestras OXC2 (930.4) yOXC3 <305.4) tratadas t&micamente.
Muestra - g,t (cm’) N,, (cm”)
OXC2 0.8-10”’ 8.7l0’~ (a)0.5-10’’ 1.310” (1,)
0XC3 0.410”’ 2640” (a>0.410”’ 2.110” 0,)
Ambascunasse ajustanbien aunaexponencialdel tipo de la ecuación(5.7). Los
parámetrosa$ y N~,obtenidosse presentanen la tabla 6.4. Los valoresde la sección
eficazson similaresa los obtenidosen la muestrasin recocer(ver tablas5.4 y 5.5).
Porel contrario,los valoresobtenidospara la%ensidadefectiVasonun 40% menores.
La figura 6.7 ilustra los resultadosobtenidosen la caracterizacióneléctricaAuger
de la muestraOXC3, unavez sometidaal tratamientotérmico. El comportamiento
cualitativodelas curvasessimilaral casoanterior, presentandounosdesplazamientos
menoresa los obtenidosenel óxido sin tratar. En la tabla6.4 sepresentanlos valores
de los parámetroscaracterísticosobter.idosenel correspondienteajustede las curvas
a la ecuación(5.7). Si se comparanestosvalorescon los de las tablas5.4 y 5.5, se
compruebaqueel valor de la seccióneficaz de formaciónes menor,siendodespués
del tratamientodel ordende 10” cm’. Igualmente,los valoresde ladensidadefectiva
se flan visto reducidoscercadeun 6051. Quedaclaro, entonces,que la influenciadel
tra:amieníoa alta temperaturaha disminuido el valor de los desplazamientosAuger
138
asociadosala cargapositiva tanto en la muestraOXC2 comoOXCS.
1.0 Muestra 0X03
4’
t,.s 0.5
Z — tratada
— — — Sm tratar= o,o-~ ‘— - — -o1-z (abc)
4——
- -‘ (b.c)
‘L0 ~ 6 6 i 6
DENSIDAD DE CARGA INYEcTADA <x io’ cm”> -
Figura 6.7: curvasde desplazamientoobtenidasen la nuestraOXC3 <305Ma 1 <.M 2 (E> y 3 (c> kV atoes y despuésdel ínumiento térmico.
Aplicando el modelo de generaciónde cargapositiva,desarrolladoenel capitulo
anterior, a los valores presentadosen la tabla &4, se obtienen los siguientes
resultados.Los valoresdela densidadefectivaquese obtienenen la muestraOXC3
para 2 y 3 kV son muy similares,tal y comooctjrrlaen la misma muestrasin tratar.
Este hechorefuerzala ideaya expuestaanterioz-mente,segúnla cual el centroidede
cargapositivase sitúa enla intercaraSiO,/Sienla muestra0XC3, tanto a2 kV como
a 3 kV. Por lo tanto, el valor de -V~1 corresponde,en amboscasos,al valor de la
densidadN2. Conocidoéste,sepuedenpredecirlos valoresde lasdensidadesN4que
139
se esperaríanobtener en la muestra OXC2, y compararcon los resultados
experimentalespara dicha muestra. Se tomarán como valores del centroide los
señaladosen el apanado5.2, recordandoquelos factoresde correcciónr,Jd~ eran
aproximadamente0.2 y 0.4para2 kV y 3 kV, respectivamente.Los valoresesperados
para N~ en la muestra OXC2 son, por tanto, /./,72 kV,i=5’l0’0 cm” y
N«<’3kV) 110” cm’. Comparandoconlos resultadosexperimentalesde la tabla6.3,
se observaun-¿xcelenteacuerdopara el valor obtenidoa 3 kV. El valor teóricopara
2 kV es menorqueel valor experimental,aunquela diferenciaes menorqueun factor
del. Se puedecdncluir. pues,que el modelodeenlacesrotos,generadospor impacto,
sigue explicando el comportamientode las curvas de desplazamientonegativo,
asociadasa la generaciónde cargapositiva.
Porotro lado, la discrepanciaencontradaen los valoresdeo y N obtenidosa partir
de la curvade3 kV en la muestraCXCI (ver tabla6.2) puedeexplicarsetambiénen
términosde generaciónde cargapositiva. Como ya se señalóen el capítuloanterior,
de la aplicación&l modelo degeneraciónde enlaces-rotoscabeesperarque la curva
dc 3 kV obteeiidaen lamuestramás gruesaseviese afectadaporunacomponentede
cargapositiva. Si ‘sc ptocedede la misma maneraque la resefladñen el apanado -
5.1.3, se púede corregir la curva de desplazamientoteórica generadaa partir del
modelé de t&,tilización con una componenteteórica de ca¿ga positiva. Esta
component’~se obt¿ñdrlaa partirde la ecuación(517), tomandoel valor de a7 dado
~n la’- tabla &4 para la muestraCXCI El ‘alo? de .V<, se obtiene aplicando el
correspondiéntefactordecorrecéiónz/3 k’V)/da al valor deN$, igualñientereseñado
140
endicha tabla.Los resultadosobtenidossepresentanenla figura 6.8. Comosepuede
observar,lacurvateóricaquedabael modelodetermalización,unavezcorregidacon
la contribuciónal desplazamientodel pico Augerque resultadel modelo de carga
positiva,ajustamuchomejorlos resultadosexperimetflles.
11
4)
o
u
o 0,oE’.e-
,
experimentalN — mod. termalíz.
- - -. carga positiva— teor. corregida
i k á 4 ~ é ~ á ó fo
DENSIDAD DE CARCA INYEcTADA <x lo? cm.’)
Tigura 6.B,Curva de desplazamientos segOn el modelo detarmalizacidn. obtenida a 3 kV para la tuestra oxcí (2020A>, y corregida con un. componente de desplazamientoasociada a la carga positiva.
Porconsiguiente,el modelode generaciónde enlacesrotos es capazdeexplicar
de manera adecuadalos resultadosobtenidos en el análisis de las curvas de
desplazamientonegativoobtenidasen las muestrastratadas.
Otro resultadointeresanteserefiereal valorde la seccióneficaz deformacióno>.
queseobtieneen la muestraOXC3, antesy despuésdel tratamiento.Comparandolos
141
resultadosde las tablas5.4 y 6.4, se observauna clara disminuciónde la sección
¿ficazdéformación, unavezqueseha sometidoa la películaal recocidotérmico.La
- figura 6.4; correspondienteal perfil de composiciónde estamuestra,mostrabaun
apilamientode nitrógenoen la intercara.La incorporaciÓnde estosátomospasivará
enlacessin saturaren la regióninterfacial, procesoquellevaasociadounadisminución
de tensionesen estazona.La disminuciónde la seccióneficazpuedeserun reflejo de
esteprocesode relajación,ya quela cinéticaderoturade enlacesse ralentizaráenuna
intercara que haya sufrido un procesode relajación. Por otro lado, eí propio
tratamientoa alta temperaturainfluye en la relajaciónde tensionesen la intercara.
Recientemente,Ogxorat ha puestode manifiestoqueun tratamientoen atmósfera
inerte a altatemp&aturadisminuyela rugosidadde la intercaraSiO,/Si. Una menor
rugosidaddela intercaraes sinónimo de una intercaramás relajada.
Enresumen,los puntosmás interesantesquesepuedenseñalarson los siguientes:
1) Al igual que ocurrieracon los fenómenosde capturaelectrónica,el recocido
térmicoha afectadoal comportamientode las curvasde desplazamientonegativo,es
decir, alos procesosde generaciónde cargapositiva:
ji) El modelo degeneraciónde enlacesrotos consigueexplicarel comportamiento
de lag cunasde desplazamientosnegativos.El tratamientotérmico no ha afectado,
pues.al procesomismode generaciónde cargapositiva.
iii) Sin embargo,se observaen todos los casosunadisminuciónde los valoresde
saíuracióñde estascurvas. El tratamientotérmico determinauna reducción en la
densidadde defectosasociadosa la cargapositiva.
142
fi Enla muestramásdelgada,seponedemanifiestoun endurecimientoadicional
al efecto de la radiación en la intercara SiO,/Si. Este endurecimientose explica
asociadoa unarelajaciónde las tensionesenla estructurade enlacesen estazona,
debidoa la incorporacióndenitrógenoen la misma.
6.3 REFERENCIAS.
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143
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18.1.Bustillo, C. Chang,5. HaddadandA. Wang.Appl.Phys.Lett.58, 1872(1991).
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23. DR. Young:J.Appl.Ph~’s.52, 4090 (1981).
24. 5K. Lai. DR. Young,JA. CaliseandFI. Feigí. J.Appl.Phys.52, 5691 (1981).
25. A. HartsteinandDR. Yóung. AppflPliys.Lettl 38, 631 (1981).
26. 5K. Lai, D.W.-Dong andA. Hartstein.tElectrochem.Séc.129, 2042 (1982).
--27:’D.L>Griscom. DE. Éro~,¼andNS. SaYairí ‘fle Rhvsicsatd Chernistr5 of510,cad ihe Si-StO,interface” (C.R. Holms andBE. Deal eds.,Plenurn,N.York.1988) pag287. -
28. A. Ogura.J.Electrochem.Sdc.138. 807 (¡991).
144
7
Conclusionesgenerales.
El objetivo principaldel trabajopresentadoenestamemoriaha sido el estud!ode
la variación de las característicaseléctricasen películasdelgadasde un material
dieléctrico comoes el óxido de silicio. Esta variación es inducida al irradiar la
muestrautilizando ua haz de electronesde energíamedia (1-3 kV>. La técnicade
análisisempleadaha sido la espectroscopiadeelectronesAuger. Lasconclusionesmás
importantesque se puedenextraer de dicho estudio se puedensintetizaren los
siguientesapanados:
-4> Desarrollo de un modelo ree5r,’co para el estudio de la interacción ha’ de
electrones-neltcula aislante
.
* Se ha establecidouna relación entre los desplazamientosexperimentalesque se
-observanen la posiciónenenergíade los picos de bajaenergíadelespectroAugery
lasvariacionesdelpotencialde superficiede la película aislante
+ Se ha desarrolladoun modelo teórico que asocia dichos desplazamientosa los
procesosde capturade cargainducidos porel haz de electronesenel sólido.
Se harealizadoel tratamientoteóricode los procesosde termalizaciónquesufrela
145
distribución de electronesen el sólido.
* Introduciendoestetratamientoenel modelopropuesto,sehaobtenidounaexpresión
que relacionalas variacionesdel potencialde superficie debidasa fenómenosde
capturaelectrónicacon la densidadde cargainyectada,la energíaprimariadelhaz y
el espesordelóxido.
* Del estudiodela-cinéticade estosdesplazamientosseobtieneinformacióndelsigno
de la carga,así como del tipo de defectosque la originan. Este Ultimo-punto se
concretaen la-obtenciónde la sección-eficazdel procesoo, y de la densidádde
defectosN-presenteenel óxido. - -
* Se hadesarrolladoun sistemade adquisicióndedatosquepermitemedirsecciones
eficaceso=10”’an-
• Un segundoaspectodel modeloestárelacionadoconlos efectosdel~genefacióndc
carga positivainducidapor el haz de electrones.
-* Se ha propuestouna relación directade los fenómenosde generaciónde carga
positiva conprocesosde roturade enlacesmedianteionizacióhpor impacio.
Por consiguiente, la espectroscopiade electrones Auger, tradicionalmente
relacionadaconel análisisde composiciónquímicasuperficial, puedeaplicarsecomo
un métodode caracterizacióneléctricade películasdelgadasde materialesaislantes.
146
BJ Resultados obtenidos en la aDlicacidn del modelo a la caracterización de velfeulas
de óxidos y oxinitruros de silicio
Estatécnicade caracterizacióneléctricaAuger se ha aplicado en el estudio de
películasdelgadasde óxidos térmicosde silicio, asícomo en oxinitruros de silicio.
Los oxinitruros sehanobtenidopornitruracióndelSiO. enatmósferasdeN,y NH,.
Los espesoresdeestaspelículasvarían entre300 y 2000 A.
• El modelo de termalizacióndescribede maneraadecuadala dependenciade las
curvasde desplazamientopositivo de energía,tanto con la energíadel haz primario
comoconel espesordeóxido.
* Los desplazamientospositivosde la posiciónenenergíadelpico Augerestán,pues,
relacionadosconprocesosde capturaelectrónicaenel volumendel óxido.
* En todas las muestrasde SiC,, nitruradaso no, se detectandos tipos detrampas,
con seccioneseficacesde 10t7 y 10”’ cm2, relacionadasconla presenciade grupos
OH y H,O, respectivamente.
* En la muestranitruradaen atmósferade amoniacose mide unatrampacon una
seccióneficazo= lO”’ cm2, quese asociaaun defectoinducidoporla incorporación
del nitrógenoa la estructuradel SIC,.
* Para cienos valores de energíaprimaria y espesorde óxido (ver tabla 7.1>, se
observancurvasdedesplazamientonegativo. Estascurvasse asociana fenómenosde
generaciónde cargapositiva.
147
Tabla 7.1: Signode la carga responsablede los desplazaza¡eatosobservadosen el conjunto de muestras OXC
305 1 sso 1 2020 AII1kv + - —
2 kV+
3kv + + —1+
* En el marco del modelode rotura de enlaces,se proponeunacinéticadeprimer
orden para la generaciónde cargapositiva. Sólo se detectala contribuciónde una
únicacomponente,definidapor su seccióneficazde formacióna y sudensidadN +
• El centroidede la distribución de cargapositiva se situa eneí volumendel óxido,
más queenla intercara,siendosuposicióndependientedelaenergíaprimaria delhaz
de electrones.
* Laseccióneficazdeformaciónasociadaal procesoderoturadeenlaceses
cm-.
* El tratamientotérmico a alta temperaturaen atmósferade NH, afectatanto alas
cur~asdedesplazamientopositivo corno negativo,El recocidoendurecelas láminas
a los efectosde la radiación,en el sentido que se observaen todos los casosuna
disminuciónde los desplazamientosdel pico Auger en cuestión.
* Enel casodelos procesosdecapturaelectrónica,eírecocidoeliminala contribución
de la trampacon seccióneficaz ot 10<’ cm. Sin embargo,la trampamásrápida
(o íO”’ cm) prácticamenteno se ve afectada.
* La contribución al desplazamientode la única componentede carga positiva
148
disminuyeen todoslos casos,despuésde someterla muestraal recocidoténnico.
* El valor de la seccióneficaz de formacióno~ es menorcuandoen la intercara
SiO2/Si se produceuna relajación de la estructurade enlaces.Estarelajación se
consiguepor la incorporacióndeátomosde nitrógenoen la intercarade la muestra
másdelgada.La nitruracióndelSiC,introduceunendurecimientoadicionallocalizado
preferentementeen laregiónde la intercara.
En definitiva, se propone un método de caracterizaciónde las propiedades
eléctricasdepelículasdelgadasde materialesaislantes,cuyasprincipalesventajasson:
* La aplicacióndeeste métodono exige la metalizacióndelóxido para formar una
estructuraMOS, tal y como se tiene que hacer en la caracterizaciónC-V
convencional.
• Permitecombinarla informacióneléctricaconla informaciónquímicacaracterística
de la espectroscopiaAuger.
* Nuestrométodomide in sim el efectoproducidoporel hazdeelectrones,que actila
simultáneamentecomosondademediday comofuente de dañado.
149
PUBLICACIONES DE LA TESIS
El trabajo presentadoen esta Tesis Doctoral ha dado lugar a las siguientes
publicaciones:
• Eleciron írap,oing charocíerizarion by Auger eleciron spectroscopy ha nItran
o.tynirride ¡hin films. Al. de Castro, M. Fernándezand J.L. Sacedén.
j.Vac.Sci.Technol.A8, 2236 (1990).
* Srudy by AES of ¡he origin of rhe suqrace voltage in insulrning ¡hin films duriñg
electron irradiation. A.J. de Castro, M. Fernándezaral IL. Sacedón.Surf.Sci.
251/252,140 (1991).
* Surface vollage induced by elecu-on Irapping ansi interface charge buildup in silicon
oxynirride ¡hin films. Al. de Casto, M. Fernández atad 11. Sacedón. Swf.Sci.
269/270.804 (1992).
* Cenera ¡ion ofpositive charge in LíO, ¡hin films during electron irradiarion. AJ.de
Castro, M. Fernández, J.L. Sacedónatad J.V. Anguila. AppkPhys.Lett. 61. 684
(1992)
• Fifecís of¡herma) nitridazion cm ¡he radiation hardness of¡he SiO,/Si inserfoce. Al.
de Castro. M. Fernández atad J.L. Sacedón(por publicar).